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The on-chip integration of multiple biochemical sensors based on field-effect electrolyte-insulator-semiconductor capacitors (EISCAP) is challenging due to technological difficulties in realization of electrically isolated EISCAPs on the same Si chip. In this work, we present a new simple design for an array of on-chip integrated, individually electrically addressable EISCAPs with an additional control gate (CG-EISCAP). The existence of the CG enables an addressable activation or deactivation of on-chip integrated individual CG-EISCAPs by simple electrical switching the CG of each sensor in various setups, and makes the new design capable for multianalyte detection without cross-talk effects between the sensors in the array. The new designed CG-EISCAP chip was modelled in so-called floating/short-circuited and floating/capacitively-coupled setups, and the corresponding electrical equivalent circuits were developed. In addition, the capacitance-voltage curves of the CG-EISCAP chip in different setups were simulated and compared with that of a single EISCAP sensor. Moreover, the sensitivity of the CG-EISCAP chip to surface potential changes induced by biochemical reactions was simulated and an impact of different parameters, such as gate voltage, insulator thickness and doping concentration in Si, on the sensitivity has been discussed.
Humic substances (HS), as important environmental components, are essential to soil health and agricultural sustainability. The usage of low-rank coal (LRC) for energy generation has declined considerably due to the growing popularity of renewable energy sources and gas. However, their potential as soil amendment aimed to maintain soil quality and productivity deserves more recognition. LRC, a highly heterogeneous material in nature, contains large quantities of HS and may effectively help to restore the physicochemical, biological, and ecological functionality of soil. Multiple emerging studies support the view that LRC and its derivatives can positively impact the soil microclimate, nutrient status, and organic matter turnover. Moreover, the phytotoxic effects of some pollutants can be reduced by subsequent LRC application. Broad geographical availability, relatively low cost, and good technical applicability of LRC offer the advantage of easy fulfilling soil amendment and conditioner requirements worldwide. This review analyzes and emphasizes the potential of LRC and its numerous forms/combinations for soil amelioration and crop production. A great benefit would be a systematic investment strategy implicating safe utilization and long-term application of LRC for sustainable agricultural production.
The coupling of ligand-stabilized gold nanoparticles with field-effect devices offers new possibilities for label-free biosensing. In this work, we study the immobilization of aminooctanethiol-stabilized gold nanoparticles (AuAOTs) on the silicon dioxide surface of a capacitive field-effect sensor. The terminal amino group of the AuAOT is well suited for the functionalization with biomolecules. The attachment of the positively-charged AuAOTs on a capacitive field-effect sensor was detected by direct electrical readout using capacitance-voltage and constant capacitance measurements. With a higher particle density on the sensor surface, the measured signal change was correspondingly more pronounced. The results demonstrate the ability of capacitive field-effect sensors for the non-destructive quantitative validation of nanoparticle immobilization. In addition, the electrostatic binding of the polyanion polystyrene sulfonate to the AuAOT-modified sensor surface was studied as a model system for the label-free detection of charged macromolecules. Most likely, this approach can be transferred to the label-free detection of other charged molecules such as enzymes or antibodies.
Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
(2021)
Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.
Mauerwerksbauten in Deutschland sind mit Einführung des nationalen Anwendungsdokuments DIN EN 1998-1/NA auf Grundlage einer neuen probabilistischen Erdbebenkarte nachzuweisen. Für erfolgreiche Erdbebennachweise üblicher Grundrissformen von Mauerwerksbauten stehen in dem zukünftigen Anwendungsdokument neue rechnerische Nachweismöglichkeiten zur Verfügung, mit denen die Tragfähigkeitsreserven von Mauerwerksbauten in der Baupraxis mit einem überschaubaren Aufwand besser in Ansatz gebracht werden können. Das Standardrechenverfahren ist weiterhin der kraftbasierte Nachweis, der nun mit höheren Verhaltensbeiwerten im Vergleich zur DIN 4149 durchgeführt werden kann. Die höheren Verhaltensbeiwerte basieren auf der besseren Ausnutzung der gebäudespezifischen Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie der Lastumverteilung der Schubkräfte im Grundriss mit Ansatz von Rahmentragwirkung durch Wand-Deckeninteraktionen. Alternativ dazu kann ein nichtlinearer Nachweis auf Grundlage von Pushover-Analysen zur Anwendung kommen. Vervollständigt werden die Regelungen für Mauerwerksbauten durch neue Regelungen für nichttragende Innenwände und Außenmauerschalen. Der vorliegende Beitrag stellt die Grundlagen und Hintergründe der neuen rechnerischen Nachweise in DIN EN 1998-1/NA vor und demonstriert deren Anwendung an einem Beispiel aus der Praxis.
Past earthquakes demonstrated the high vulnerability of industrial facilities equipped with complex process technologies leading to serious damage of process equipment and multiple and simultaneous release of hazardous substances. Nonetheless, current standards for seismic design of industrial facilities are considered inadequate to guarantee proper safety conditions against exceptional events entailing loss of containment and related consequences. On these premises, the SPIF project -Seismic Performance of Multi-Component Systems in Special Risk Industrial Facilities- was proposed within the framework of the European H2020 SERA funding scheme. In detail, the objective of the SPIF project is the investigation of the seismic behaviour of a representative industrial multi-storey frame structure equipped with complex process components by means of shaking table tests. Along this main vein and in a performance-based design perspective, the issues investigated in depth are the interaction between a primary moment resisting frame (MRF) steel structure and secondary process components that influence the performance of the whole system; and a proper check of floor spectra predictions. The evaluation of experimental data clearly shows a favourable performance of the MRF structure, some weaknesses of local details due to the interaction between floor crossbeams and process components and, finally, the overconservatism of current design standards w.r.t. floor spectra predictions.
In the context of the Solvency II directive, the operation of an internal risk model is a possible way for risk assessment and for the determination of the solvency capital requirement of an insurance company in the European Union. A Monte Carlo procedure is customary to generate a model output. To be compliant with the directive, validation of the internal risk model is conducted on the basis of the model output. For this purpose, we suggest a new test for checking whether there is a significant change in the modeled solvency capital requirement. Asymptotic properties of the test statistic are investigated and a bootstrap approximation is justified. A simulation study investigates the performance of the test in the finite sample case and confirms the theoretical results. The internal risk model and the application of the test is illustrated in a simplified example. The method has more general usage for inference of a broad class of law-invariant and coherent risk measures on the basis of a paired sample.
Wir stellen hier exemplarisch STACK Aufgaben vor, die frei von der Problematik sind, welche sich durch diverse Kommunikationswege und (webbasierte) Computer Algebra Systeme (CAS) ergibt. Daher sind sie insbesondere für eine Open-Book Online Prüfung geeignet, da eine faire Prüfungssituation gewährleistet werden kann.
Einfluss von Künstlicher Intelligenz auf Customer Journeys am Beispiel von intelligentem Parken
(2021)
Im Konsumentenmarkt entstehen vermehrt neue Anwendungen von Künstlicher
Intelligenz (KI). Zunehmend drängen auch Geräte und Dienste in den Markt, die
eigenständig über das Internet kommunizieren. Dadurch können diese Geräte und
Dienste mit neuartigen KI-basierten Diensten verbessert werden. Solche Dienste
können die Art und Weise beeinflussen, wie Kunden kommerzielle Entscheidungen
treffen und somit das Kundenerlebnis maßgeblich verändern. Der Einfluss von KI
auf kommerzielle Interaktionen wurde bisher noch nicht umfassend untersucht.
Basierend auf einem Framework, welches einen ersten Überblick über die Effekte
von KI auf kommerzielle Interaktionen gibt, wird in diesem Kapitel der Einfluss von KI auf Customer Journeys am konkreten Anwendungsfall des intelligenten Parkens analysiert. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse können in der Praxis als Grundlage
genutzt werden, um das Potenzial von KI zu verstehen und bei der Gestaltung eigener Customer Journeys umzusetzen.
Intelligent autonomous software robots replacing human activities and performing administrative processes are reality in today’s corporate world. This includes, for example, decisions about invoice payments, identification of customers for a marketing campaign, and answering customer complaints. What happens if such a software robot causes a damage? Due to the complete absence of human activities, the question is not trivial. It could even happen that no one is liable for a damage towards a third party, which could create an uncalculatable legal risk for business partners. Furthermore, the implementation and operation of those software robots involves various stakeholders, which result in the unsolvable endeavor of identifying the originator of a damage. Overall it is advisable to all involved parties to carefully consider the legal situation. This chapter discusses the liability of software robots from an interdisciplinary perspective. Based on different technical scenarios the legal aspects of liability are discussed.