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Sleep spindles are neurophysiological phenomena that appear to be linked to memory formation and other functions of the central nervous system, and that can be observed in electroencephalographic recordings (EEG) during sleep. Manually identified spindle annotations in EEG recordings suffer from substantial intra- and inter-rater variability, even if raters have been highly trained, which reduces the reliability of spindle measures as a research and diagnostic tool. The Massive Online Data Annotation (MODA) project has recently addressed this problem by forming a consensus from multiple such rating experts, thus providing a corpus of spindle annotations of enhanced quality. Based on this dataset, we present a U-Net-type deep neural network model to automatically detect sleep spindles. Our model’s performance exceeds that of the state-of-the-art detector and of most experts in the MODA dataset. We observed improved detection accuracy in subjects of all ages, including older individuals whose spindles are particularly challenging to detect reliably. Our results underline the potential of automated methods to do repetitive cumbersome tasks with super-human performance.
The existence of several mobile operating systems, such as Android and iOS, is a challenge for developers because the individual platforms are not compatible with each other and require separate app developments. For this reason, cross-platform approaches have become popular but lack in cloning the native behavior of the different operating systems. Out of the plenty cross-platform approaches, the progressive web app (PWA) approach is perceived as promising but needs further investigation. Therefore, the paper at hand aims at investigating whether PWAs are a suitable alternative for native apps by developing a PWA clone of an existing app. Two surveys are conducted in which potential users test and evaluate the PWA prototype with regard to its usability. The survey results indicate that PWAs have great potential, but cannot be treated as a general alternative to native apps. For guiding developers when and how to use PWAs, four design guidelines for the development of PWA-based apps are derived based on the results.
The concept of a laser-enhanced solar sail is introduced and the radiation pressure force model for an ideal laser-enhanced solar sail is derived. A laser-enhanced solar sail is a “traditional” solar sail that is, however, not solely propelled by solar radiation, but additionally by a laser beam that illuminates the sail. The additional laser radiation pressure increases the sail's propulsive force and can give, depending on the location of the laser source, more control authority over the direction of the solar sail’s propulsive force vector. This way, laser-enhanced solar sails may augment already existing solar sail mission concepts and make novel mission concepts feasible.
Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer
Mikrostruktur zu versehen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus
drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur
herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet.
Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft.
Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere
Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der
Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit.
With the increased interest for interstellar exploration after the discovery of exoplanets and the proposal by Breakthrough Starshot, this paper investigates the optimisation of photon-sail trajectories in Alpha Centauri. The prime objective is to find the optimal steering strategy for a photonic sail to get captured around one of the stars after a minimum-time transfer from Earth. By extending the idea of the Breakthrough Starshot project with a deceleration phase upon arrival, the mission’s scientific yield will be increased. As a secondary objective, transfer trajectories between the stars and orbit-raising manoeuvres to explore the habitable zones of the stars are investigated. All trajectories are optimised for minimum time of flight using the trajectory optimisation software InTrance. Depending on the sail technology, interstellar travel times of 77.6-18,790 years can be achieved, which presents an average improvement of 30% with respect to previous work. Still, significant technological development is required to reach and be captured in the Alpha-Centauri system in less than a century. Therefore, a fly-through mission arguably remains the only option for a first exploratory mission to Alpha Centauri, but the enticing results obtained in this work provide perspective for future long-residence missions to our closest neighbouring star system.
Searching optimal interplanetary trajectories for low-thrust spacecraft is usually a difficult and time-consuming task that involves much experience and expert knowledge in astrodynamics and optimal control theory. This is because the convergence behavior of traditional local optimizers, which are based on numerical optimal control methods, depends on an adequate initial guess, which is often hard to find, especially for very-low-thrust trajectories that necessitate many revolutions around the sun. The obtained solutions are typically close to the initial guess that is rarely close to the (unknown) global optimum. Within this paper, trajectory optimization problems are attacked from the perspective of artificial intelligence and machine learning. Inspired by natural archetypes, a smart global method for low-thrust trajectory optimization is proposed that fuses artificial neural networks and evolutionary algorithms into so-called evolutionary neurocontrollers. This novel method runs without an initial guess and does not require the attendance of an expert in astrodynamics and optimal control theory. This paper details how evolutionary neurocontrol works and how it could be implemented. The performance of the method is assessed for three different interplanetary missions with a thrust to mass ratio <0.15mN/kg (solar sail and nuclear electric).
We propose a simple parametric OSSD model that describes the variation of the sail film's optical coefficients with time, depending on the sail film's environmental history, i.e., the radiation dose. The primary intention of our model is not to describe the exact behavior of specific film-coating combinations in the real space environment, but to provide a more general parametric framework for describing the general optical degradation behavior of solar sails.
By DLR-contact, sample return missions to the large main-belt asteroid “19, Fortuna” have been studied. The mission scenario has been based on three ion thrusters of the RIT-22 model, which is presently under space qualification, and on solar arrays equipped with triple-junction GaAs solar cells. After having designed the spacecraft, the orbit-to-orbit trajectories for both, a one-way SEP mission with a chemical sample return and an all-SEP return mission, have been optimized using a combination of artificial neural networks with evolutionary algorithms. Additionally, body-to-body trajectories have been
investigated within a launch period between 2012 and 2015. For orbit-to-orbit calculation, the launch masses of the hybrid mission and of the all-SEP mission resulted in 2.05 tons and 1.56 tons, respectively, including a scientific payload of 246 kg. For the related transfer
durations 4.14 yrs and 4.62 yrs were obtained. Finally, a comparison between the mission scenarios based on SEP and on NEP have been carried out favouring clearly SEP.