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The feasibility of light-addressed detection and manipulation of pH gradients inside an electrochemical microfluidic cell was studied. Local pH changes, induced by a light-addressable electrode (LAE), were detected using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) with different measurement modes representing an actuator-sensor system. Biosensor functionality was examined depending on locally induced pH gradients with the help of the model enzyme penicillinase, which had been immobilized in the microfluidic channel. The surface morphology of the LAE and enzyme-functionalized LAPS was studied by scanning electron microscopy. Furthermore, the penicillin sensitivity of the LAPS inside the microfluidic channel was determined with regard to the analyte’s pH influence on the enzymatic reaction rate. In a final experiment, the LAE-controlled pH inhibition of the enzyme activity was monitored by the LAPS.
This paper presents a new SIMO radar system based on a harmonic radar (HR) stepped frequency continuous wave (SFCW) architecture. Simple tags that can be electronically individually activated and deactivated via a DC control voltage were developed and combined to form an MO array field. This HR operates in the entire 2.45 GHz ISM band for transmitting the illumination signal and receives at twice the stimulus frequency and bandwidth centered around 4.9 GHz. This paper presents the development, the basic theory of a HR system for the characterization of objects placed into the propagation path in-between the radar and the reflectors (similar to a free-space measurement with a network analyzer) as well as first measurements performed by the system. Further detailed measurement series will be made available later on to other researchers to develop AI and machine learning based signal processing routines or synthetic aperture radar algorithms for imaging, object recognition, and feature extraction. For this purpose, the necessary information is published in this paper. It is explained in detail why this SIMO-HR can be an attractive solution augmenting or replacing existing systems for radar measurements in production technology for material under test measurements and as a simplified MIMO system. The novel HR transfer function, which is a basis for researchers and developers for material characterization or imaging algorithms, is introduced and metrologically verified in a well traceable coaxial setup.
Rehabilitative body weight supported gait training aims at restoring walking function as a key element in activities of daily living. Studies demonstrated reductions in muscle and joint forces, while kinematic gait patterns appear to be preserved with up to 30% weight support. However, the influence of body weight support on muscle architecture, with respect to fascicle and series elastic element behavior is unknown, despite this having potential clinical implications for gait retraining. Eight males (31.9 ± 4.7 years) walked at 75% of the speed at which they typically transition to running, with 0% and 30% body weight support on a lower-body positive pressure treadmill. Gastrocnemius medialis fascicle lengths and pennation angles were measured via ultrasonography. Additionally, joint kinematics were analyzed to determine gastrocnemius medialis muscle–tendon unit lengths, consisting of the muscle's contractile and series elastic elements. Series elastic element length was assessed using a muscle–tendon unit model. Depending on whether data were normally distributed, a paired t-test or Wilcoxon signed rank test was performed to determine if body weight supported walking had any effects on joint kinematics and fascicle–series elastic element behavior. Walking with 30% body weight support had no statistically significant effect on joint kinematics and peak series elastic element length. Furthermore, at the time when peak series elastic element length was achieved, and on average across the entire stance phase, muscle–tendon unit length, fascicle length, pennation angle, and fascicle velocity were unchanged with respect to body weight support. In accordance with unchanged gait kinematics, preservation of fascicle–series elastic element behavior was observed during walking with 30% body weight support, which suggests transferability of gait patterns to subsequent unsupported walking.
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.
Magnetic immunoassays employing Frequency Mixing Magnetic Detection (FMMD) have recently become increasingly popular for quantitative detection of various analytes. Simultaneous analysis of a sample for two or more targets is desirable in order to reduce the sample amount, save consumables, and save time. We show that different types of magnetic beads can be distinguished according to their frequency mixing response to a two-frequency magnetic excitation at different static magnetic offset fields. We recorded the offset field dependent FMMD response of two different particle types at frequencies ƒ₁ + n⋅ƒ₂, n = 1, 2, 3, 4 with ƒ₁ = 30.8 kHz and ƒ₂ = 63 Hz. Their signals were clearly distinguishable by the locations of the extremes and zeros of their responses. Binary mixtures of the two particle types were prepared with different mixing ratios. The mixture samples were analyzed by determining the best linear combination of the two pure constituents that best resembled the measured signals of the mixtures. Using a quadratic programming algorithm, the mixing ratios could be determined with an accuracy of greater than 14%. If each particle type is functionalized with a different antibody, multiplex detection of two different analytes becomes feasible.
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.
Phase change materials offer a way of storing excess heat and releasing it when it is needed. They can be utilized as a method to control thermal behavior without the need for additional energy. This work focuses on exploring the potential of using phase change materials to passively control the thermal behavior of a star tracker by infusing it with a fitting phase change material. Based on the numerical model of the star trackers thermal behavior using ESATAN-TMS without implemented phase change material, a fitting phase change material for selected orbits is chosen and implemented in the thermal model. The altered thermal behavior of the numerical model after the implementation is analyzed for different amounts of the chosen phase change materials using an ESATAN-based subroutine developed by the FH Aachen. The PCM-modelling-subroutine is explained in the paper ICES-2021-110. The results show that an increasing amount of phase change material increasingly damps temperature oscillations. Using an integral part structure some of the mass increase can be compensated.
Wohnen als neue soziale Frage ist mehr als die Produktion neuer Formen von Wohnen und deren architektonischer Gestalt, und auch mehr als nur die Umsetzung sich verändernder, jedoch individuell formulierter Wohnwünsche. Sie spannt sich auf zwischen gesellschafts- und nachhaltigkeitspolitischen, hardcore-kapitalistischen und globalen Rahmenbedingungen, Hardware und Software, Individuum und Gemeinwohl, Konsum und Mitgestaltung. Entscheidend sind die Akteure und die Art und Weise, wie und nach welchen Maßstäben sie handeln. Entscheidend ist aber auch, Wohnen sowohl kontextuell wie auch programmatisch neu zu denken und dadurch zu neuen Mischungen, Nachbarschaften und Bewertungskriterien einer Projekt- und Stadtentwicklung zu kommen, die mehr als die Summe seiner Einzelteile wollen – ein gutes Leben für Alle abseits der Frage des Geldbeutels und der sozialen Zugehörigkeit.
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.
Infused Thermal Solutions (ITS) introduces a method for passive thermal control to stabilize structural components thermally without active heating and cooling systems, but with phase change material (PCM) for thermal energy storage (TES), in combination with lattice - both embedded in additive manufactured functional structures. In this ITS follow-on paper a thermal model approach and associated predictions are presented, related on the ITS functional breadboards developed at FH Aachen. Predictive TES by PCM is provided by a specially developed ITS PCM subroutine, which is applicable in ESATAN. The subroutine is based on the latent heat storage (LHS) method to numerically embed thermo-physical PCM behavior. Furthermore, a modeling approach is introduced to numerically consider the virtual PCM/lattice nodes within the macro-encapsulated PCM voids of the double wall ITS design. Related on these virtual nodes, in-plane and out-of-plane conductive links are defined. The recent additive manufactured ITS breadboard series are thermally cycled in the thermal vacuum chamber, both with and without embedded PCM. Related on breadboard hardware tests, measurement results are compared with predictions and are subsequently correlated. The results of specific simulations and measurements are presented. Recent predictive results of star tracker analyses are also presented in ICES-2021-106, based on this ITS PCM subroutine.
The following article deals with the basic principles of intercultural management and possible improvements in terms of cultural, ethnic and gender diversification. The results are exemplarily applied to a bank located in Germany. The aim of this paper is to find out to what extent intercultural management could improve the productivity of Relatos-Bank in dealing with foreign employees or employees with a different cultural background. To achieve this goal, the authors con-duct a literature research. The main sources of information are books, journal articles and internet sources. It becomes clear that especially the different perceptions of different generations have a potential for conflict, which can be counteracted by applying presented scientific models. Equalizing the salaries of female and male employees and equalizing the rights and distribution of power could also be the key to becoming an open-minded, dynamic and fair organization that is pre-pared for the rapidly changing environment in which it operates.
In addition to electromobility and alternative drive systems, a focus is set on electrically driven compressors (EDC), with a high potential for increasing the efficiency of internal combustion engines (ICE) and fuel cells [01]. The primary objective is to increase the ICE torque, provided independently of the ICE speed by compressing the intake air and consequently the ICE filling level supported by the compressor. For operation independent from the ICE speed, the EDC compressor is decoupled from the turbine by using an electric compressor motor (CM) instead of the turbine. ICE performances can be increased by the use of EDC where individual compressor parameters are adapted to the respective application area [02] [03]. This task contains great challenges, increased by demands with regard to pollutant reduction while maintaining constant performance and reduced fuel consumption. The FH-Aachen is equipped with an EDC test bench which enables EDC-investigations in various configurations and operating modes. Characteristic properties of different compressors can be determined, which build the basis for a comparison methodology. Subject of this project is the development of a comparison methodology for EDC with an associated evaluation method and a defined overall evaluation method. For the application of this comparison methodology, corresponding series of measurements are carried out on the EDC test bench using an appropriate test device.
Transmission: Ein animiertes Musikvideo illustriert die Liebe
und Verbindung zum Genre Techno
(2021)
Techno ist seit seiner Entstehung mehr als ein Musik-Genre. Es ist ein Lebensgefühl und eine Bewegung. Techno-Partys dienen vielen Menschen als Ventil, um die Sorgen des Alltags für eine Nacht vergessen zu können. „Transmission“ porträtiert anhand der Protagonistin die persönliche Beziehung zum Genre Techno. Das Musikvideo soll die Zuschauenden visuell anregen und mitreißen. Es bietet ihnen die Möglichkeit, sich selbst wieder erkennen zu können und soll Außenstehenden einen Einblick in die Techno-Szene ermöglichen. Mithilfe des Rotoskopie-Verfahrens konnte ein realistischer Animationsstil erreicht werden, welcher durch eine unrealistische Farbgebung der Charaktere gebrochen wird. Der Schwerpunkt der Bachelorarbeit liegt in der kreativ-gestalterischen Ausarbeitung. Die Musikvideo „Transmission“ vermittelt das „Lebensgefühl Techno“ visuell anregend und nachvollziehbar.
Isolierung, finanzielle Not und Zukunftsängste: Die sozialen Folgen des Corona-Lockdowns sind gravierend. Oftmals wird der Fokus in der Pandemie auf die wirtschaftlichen Folgen und die Auslastung des Gesundheitssystems gelegt, doch die Auswirkungen des Shutdowns sind weitaus vielschichtiger. Die Philippinen hatten einen der längsten und härtesten Lockdowns der Welt. Im internationalen Vergleich fällt auf, dass der Ton, den der Präsident anschlägt, besonders rau ist und die Einschränkungen des gesellschaftlichen Lebens strikt und gnadenlos sind. Der Dokumentarfilm „LOCKDOWN - a documentary about the corona crisis in the Philippines“ gibt einen Einblick in das Leben der Betroffenen. Aus Sicht der Befragten wird eine multiperspektivische Geschichte erzählt, die von dem Lockdown und seinen Folgen auf der philippinischen Insel Boracay handelt.
Lebensmitteletiketten und Inhaltsstoffe: Eine interaktive Anwendung über verarbeitete Lebensmittel
(2021)
Verarbeitete Lebensmittel werden im Alltag vieler Verbraucher häufig konsumiert. Dabei hat der Konsum über einen längeren Zeitraum hinweg einen negativen Einfluss auf die Gesundheit. Vor allem bei Produktverarbeitung, Zusatzstoffen und der Lebensmittelkennzeichnung ist häufig Aufklärung nötig. Dieses Projekt setzt an dieser Stelle an, räumt auf mit Missverständnissen rund um das Thema und schafft Klarheit.
In einer interaktiven App absolvieren die Anwendenden ein Quiz und werden mit ihrem eigenen Wissensstand konfrontiert. Auf jede Frage folgen eine kurze Information und eine Handlungsempfehlung, die Wissenslücken füllen. Mithilfe von Animationen werden die Informationen visuell untermauert.
Im Katalog finden Nutzende zu jedem Zusatzstoff spezifische Informationen zur Herstellung, Verarbeitung und gesundheitlichen Aspekten. Such-, Filter- und Speicherfunktion ermöglichen eine individuelle Anwendung.
Das Projekt thematisiert das Leben im Hospiz. Diese Arbeit liefert mittels authentischer Fotografien von Räumlichkeiten und Details sowie durch intensive Porträts von drei Bewohnenden einen realistischen Einblick in ein Hospiz. Durch diese Aufnahmen werden die Betrachtenden mit dem Thema „Tod“ konfrontiert und es so diesem Thema näher gebracht, um eventuelle Vorurteile einer solchen Einrichtung gegenüber abzulegen. Innerhalb des Bildbands sieht man Fotografien von Fluren, Dekoration, Räumen und Porträtaufnahmen. Begleitend zu den Porträtfotos der Bewohnenden finden sich im Bildband Berichte der selbigen, über ihre alltäglichen Gedanken im Umgang mit dem bevorstehenden eigenen Lebensende. Im Zuge der Recherche zu diesem Projekt hat außerdem ein ausführliches Interview mit einer Pflegekraft des thematisierten Hospizes dabei geholfen, einen realistischen Einblick in die Arbeit vor Ort zu bekommen.
Die Nachfrage nach flexiblen Arbeitsmodellen und damit Remote Work steigt und wird zunehmend zum Kriterium bei der Jobauswahl. Trotz der vielen Vorteile gibt es in der „Remote-Arbeitswelt“ aber immer noch einige Herausforderungen. Remote Arbeitende haben eine andere, teils nachteilige Erfahrung gegenüber Kollegen vor Ort.
Um dafür eine nutzerzentrierte Lösung zu finden, lag der Fokus bei dieser Arbeit auf den Auswirkungen und Bedürfnissen des arbeitenden Menschen. Basierend hierauf wurde ein Dienstleistungsservice konzipiert. Dieser unterstützt Unternehmen, Selbstständige und Mitarbeitende durch passende Angebote und Dienstleistungen in den Bereichen Ausstattung, Technik, Gesundheit, Corporate Benefits u.Ä. Dies ermöglicht auch Arbeitgebenden Aufgaben auszulagern und die Attraktivität und Konkurrenzfähigkeit auf dem Arbeitsmarkt zu steigern. Das wird zukünftig im „war for digitals talents“ immer wichtiger werden.
Das Ziel des Konzeptes ist eine virtuelle personalisierte „Zeitreise“ für die Besucher*innen zu gestalten.
Die Ausstellung lässt die Besucher*innen in ein vergangenes Zeitszenario eintauchen. Sie erleben und erkunden mit Hilfe von Computertechniken historische Ereignisse, während sie gleichzeitig nützliches Wissen vermittelt bekommen.
Die Ausstellung besteht aus einer inszenierten interaktiven Raum-Installation mit 360 Grad Projektionen. Das 360 Grad Panorama erlaubt den Besucher*innen eine neue Art der Wahrnehmung von historischen Ereignissen. Alle Besucher*innen bekommen zu Beginn der Tour ein Smart Device (Tablet) mit einem vor installierten Benutzer Guide ausgehändigt. Die Anwendungen sind Schritt für Schritt im Guide veranschaulicht und leicht anzuwenden. Sprachen, Schriften, Display Größen können jederzeit geändert und Hilfe angefordert werden. Damit wird die Ausstellung barrierefrei.
Mit Hilfe des neuen Benutzer Guides Systems sind alle Besucher*innen in der Lage vor der Tour eine kurze „Personalisierung“ durchzuführen. Somit wird auf Basis der Interessenfelder eine individuelle „Zeitreise „ ermöglicht.
Die dargestellten Szenarien können u.a. zwischen den historischen Maya Tempelruinen, Pyramiden, historischen Mythen, wie dem legendären Bernsteinzimmer variieren. Mit diesem Konzept ist es möglich, längst vergessene und zerstörte Zeitszenarien zu rekonstruieren und diese mit Hilfe von Virtual Reality- und Augmented Reality Elementen interaktiv zu gestalten.
Der Tyrannosaurus-Rex ist der Uronkel des Haushuhns. Eine evolutionäre Tatsache, die in Erstaunen versetzt. Vielen Menschen ist nicht bekannt, dass die heutigen Vögel von einem Zweig der fleischfressenden Dinosaurier, den Theropoden, abstammen. Die Bachelorarbeit mit dem Titel „AVES – Die Evolution der Vögel“ zeigt die Entwicklung von der laufenden Echse hin zum fliegenden Vogel mittels einer Naturkundeausstellung. Dabei handelt es sich um eine Sonderausstellung, die sich für die Präsentation in musealen Institutionen eignet. Die chronologisch aufgebaute Ausstellung gliedert sich in sechs Zeitepochen, von der Urzeit bis hin zur Jetztzeit. Diese sind farblich und typografisch so gestaltet, dass sie den Besuchenden eine optimale Orientierung bieten. Hierbei fügen sich einige gestalterische Elemente zusammen, wie plakative Tierillustrationen, die Themeninhalte untermalen, Waldkulissen und auditive Elemente, die eine Raumatmosphäre bilden. Die Ausstellung soll die Besuchenden durch die besondere Atmosphäre nicht nur emotional erreichen, sondern auch das inhaltliche Verständnis fördern und festigen.
In einer Mischklasse, bestehend aus sehenden und nicht-sehenden Kindern, welche nicht schriftlich oder spielerisch miteinander kommunizieren können, gehen einige soziale Aspekte und Lernübungen verloren. Partnerarbeiten und das gegenseitige Kontrollieren der Richtigkeit, beispielsweise bei der Anwendung von Satzzeichen, sind Möglichkeiten, welche die Kinder ohne ein gemeinsames Material nicht wahrnehmen können. Diese Arbeit ermöglicht ein gemeinsames Arbeiten aller Kinder durch dasselbe Material. Hierfür dienen dreidimensionale Objekte, welche im STL-Dateiformat zur Verfügung stehen. Es eignet sich für schriftliche und geografische Arbeiten. Des Weiteren ist ein Memory-Spiel enthalten, welches ebenso von sehenden und nicht-sehenden Kinder gespielt werden kann. Diese STLs können weltweit verschickt werden, sodass diese beliebig mit einem 3D-Drucker gedruckt werden können.
KOMU entstand durch Analysieren der Veränderungen, die mit der Urbanisierung einhergehen - schnell schwindender Wohnraum, häufiges Umziehen und verschmolzene Raumnutzung.
KOMU ist ein modulares Regalsystem, das ermöglicht, problemlos aus denselben Bestandteilen immer wieder verschiedene Wohn- und Raumsituationen zu schaffen.
Das System ist komplett werkzeugfrei durch simples Ineinanderstecken aufzubauen. Weitere Add-Ons können über das gleiche Stecksystem in das Regal integriert werden, damit es perfekt an die Bedürfnisse des Kunden anpasst werden kann.
Durch klare Linien und eine cleane Designsprache fügt sich KOMU nahtlos in seine Umgebung ein und hilft, eine für den Kunden ideale Umgebung zu schaffen.
Ein Regal, das mitwächst - vielfältig und individuell.
Neuerfindung der Ligaturen
(2021)
Gegenstand des Projekts ist, Ligaturen als erweiterte Mittel der Informationsübertragung einzusetzen.
Ligaturen als zusätzliches Instrument sollen die visuelle Komponente des Textes unterstützen, ihm die gewisse Frische einhauchen und ihn hiermit insgesamt sichtbarer, origineller und moderner machen. Der Einsatzbereich erstreckt sich hierbei in die verschiedensten Bereiche hin über Design und Werbung, als auch im Handel oder in sozialen Bereichen.
Hierbei kann eine große Anzahl an Wörtern neue Formen annehmen und mithin an neuem Leben und Bedeutung gewinnen, was sicherlich die allgemeinen Sprachmittel bereichern wird.
Auf einer historischen Basis und mit Hilfe der Dekonstruktion wurden neue Formen der Ligaturen geschaffen — seltsame, kontroverse, auffällige und einzigartige.
DO or DIE: Leistungssport
(2021)
Es ist dieser eine Moment, der über Versagen oder Erfolg entscheidet. Dieser Augenblick, der so unfassbar wichtig ist und dennoch nicht mal eine Sekunde dauert. Als Leistungssportler bereitet man sich immer und immer wieder auf diesen einen Moment vor. Wie unterscheidet sich dieser Moment in verschiedenen Sportarten? Gibt es ihn überhaupt in jeder Sportart?
Das Projekt „Do or Die“ fokussiert sich auf entscheidende und wichtige Situationen in unterschiedlichen Sportarten und zeigt dabei die Facetten und Vielseitigkeit des Leistungssports auf. In einem besonderen Konzept wird der Fokus auf genau diese Momente gelegt und greift den Aspekt des Scheiterns und Erfolgs auf. Es wird untersucht, wie sichtbar diese Augenblicke nach außen hin sind oder inwiefern entscheidende Momente auch nur im Kopf stattfinden und durch Emotionen zu erkennen sind.
Thrombogenic complications are a main issue in mechanical circulatory support (MCS). There is no validated in vitro method available to quantitatively assess the thrombogenic performance of pulsatile MCS devices under realistic hemodynamic conditions. The aim of this study is to propose a method to evaluate the thrombogenic potential of new designs without the use of complex in-vivo trials. This study presents a novel in vitro method for reproducible thrombogenicity testing of pulsatile MCS systems using low molecular weight heparinized porcine blood. Blood parameters are continuously measured with full blood thromboelastometry (ROTEM; EXTEM, FIBTEM and a custom-made analysis HEPNATEM). Thrombus formation is optically observed after four hours of testing. The results of three experiments are presented each with two parallel loops. The area of thrombus formation inside the MCS device was reproducible. The implantation of a filter inside the loop catches embolizing thrombi without a measurable increase of platelet activation, allowing conclusions of the place of origin of thrombi inside the device. EXTEM and FIBTEM parameters such as clotting velocity (α) and maximum clot firmness (MCF) show a total decrease by around 6% with a characteristic kink after 180 minutes. HEPNATEM α and MCF rise within the first 180 minutes indicate a continuously increasing activation level of coagulation. After 180 minutes, the consumption of clotting factors prevails, resulting in a decrease of α and MCF. With the designed mock loop and the presented protocol we are able to identify thrombogenic hot spots inside a pulsatile pump and characterize their thrombogenic potential.
One central challenge for self-driving cars is a proper path-planning. Once a trajectory has been found, the next challenge is to accurately and safely follow the precalculated path. The model-predictive controller (MPC) is a common approach for the lateral control of autonomous vehicles. The MPC uses a vehicle dynamics model to predict the future states of the vehicle for a given prediction horizon. However, in order to achieve real-time path control, the computational load is usually large, which leads to short prediction horizons. To deal with the computational load, the control algorithm can be parallelized on the graphics processing unit (GPU). In contrast to the widely used stochastic methods, in this paper we propose a deterministic approach based on grid search. Our approach focuses on systematically discovering the search area with different levels of granularity. To achieve this, we split the optimization algorithm into multiple iterations. The best sequence of each iteration is then used as an initial solution to the next iteration. The granularity increases, resulting in smooth and predictable steering angle sequences. We present a novel GPU-based algorithm and show its accuracy and realtime abilities with a number of real-world experiments.
Achilles tendon rupture (ATR) patients have persistent functional deficits in the triceps surae muscle–tendon unit (MTU). The complex remodeling of the MTU accompanying these deficits remains poorly understood. The purpose of the present study was to associate in vivo and in silico data to investigate the relations between changes inMTU properties and strength deficits inATR patients. Methods: Elevenmale subjects who had undergone surgical repair of complete unilateral ATR were examined 4.6 ± 2.0 (mean ± SD) yr after rupture. Gastrocnemius medialis (GM) tendon stiffness, morphology, and muscle architecture were determined using ultrasonography. The force–length relation of the plantar flexor muscles was assessed at five ankle joint angles. In addition, simulations (OpenSim) of the GM MTU force–length properties were performed with various iterations of MTU properties found between the unaffected and the affected side. Results: The affected side of the patients displayed a longer, larger, and stiffer GM tendon (13% ± 10%, 105% ± 28%, and 54% ± 24%, respectively) compared with the unaffected side. The GM muscle fascicles of the affected side were shorter (32% ± 12%) and with greater pennation angles (31% ± 26%). A mean deficit in plantarflexion moment of 31% ± 10% was measured. Simulations indicate that pairing an intact muscle with a longer tendon shifts the optimal angular range of peak force outside physiological angular ranges, whereas the shorter muscle fascicles and tendon stiffening seen in the affected side decrease this shift, albeit incompletely. Conclusions: These results suggest that the substantial changes in MTU properties found in ATR patients may partly result from compensatory remodeling, although this process appears insufficient to fully restore muscle function.
Für die Herstellung von metallischen Bauteilen wird in der heutigen Zeit eine Vielzahl von Verfahren auf dem Markt angeboten. Dabei stehen die additiven im Wettbewerb zu den konventionellen Verfahren. Die erreichbaren Oberflächenqualitäten der additiven sind nicht mit denen spanender Verfahren vergleichbar. Für diesen Beitrag wurde analysiert, ob sich ein mittels Selektivem Laserschmelzen (SLM) additiv hergestellter Edelstahl hinsichtlich seiner Oberflächenqualität nach der Zerspanung von einem umgeformten konventionell hergestellten Edelstahl gleicher Sorte unterscheidet.
Geochemical characterisation of hypersaline waters is difficult as high concentrations of salts hinder the analysis of constituents at low concentrations, such as trace metals, and the collection of samples for trace metal analysis in natural waters can be easily contaminated. This is particularly the case if samples are collected by non-conventional techniques such as those required for aquatic subglacial environments. In this paper we present the first analysis of a subglacial brine from Taylor Valley, (~ 78°S), Antarctica for the trace metals: Ba, Co, Mo, Rb, Sr, V, and U. Samples were collected englacially using an electrothermal melting probe called the IceMole. This probe uses differential heating of a copper head as well as the probe’s sidewalls and an ice screw at the melting head to move through glacier ice. Detailed blanks, meltwater, and subglacial brine samples were collected to evaluate the impact of the IceMole and the borehole pump, the melting and collection process, filtration, and storage on the geochemistry of the samples collected by this device. Comparisons between melt water profiles through the glacier ice and blank analysis, with published studies on ice geochemistry, suggest the potential for minor contributions of some species Rb, As, Co, Mn, Ni, NH4+, and NO2−+NO3− from the IceMole. The ability to conduct detailed chemical analyses of subglacial fluids collected with melting probes is critical for the future exploration of the hundreds of deep subglacial lakes in Antarctica.
For now, the Planetary Defense Conference Exercise 2021's incoming fictitious(!), asteroid, 2021 PDC, seems headed for impact on October 20th, 2021, exactly 6 months after its discovery. Today (April 26th, 2021), the impact probability is 5%, in a steep rise from 1 in 2500 upon discovery six days ago. We all know how these things end. Or do we? Unless somebody kicked off another headline-grabbing media scare or wants to keep civil defense very idle very soon, chances are that it will hit (note: this is an exercise!). Taking stock, it is barely 6 months to impact, a steadily rising likelihood that it will actually happen, and a huge uncertainty of possible impact energies: First estimates range from 1.2 MtTNT to 13 GtTNT, and this is not even the worst-worst case: a 700 m diameter massive NiFe asteroid (covered by a thin veneer of Ryugu-black rubble to match size and brightness), would come in at 70 GtTNT. In down to Earth terms, this could be all between smashing fireworks over some remote area of the globe and a 7.5 km crater downtown somewhere. Considering the deliberate and sedate ways of development of interplanetary missions it seems we can only stand and stare until we know well enough where to tell people to pack up all that can be moved at all and save themselves. But then, it could just as well be a smaller bright rock. The best estimate is 120 m diameter from optical observation alone, by 13% standard albedo. NASA's upcoming DART mission to binary asteroid (65803) Didymos is designed to hit such a small target, its moonlet Dimorphos. The Deep Impact mission's impactor in 2005 successfully guided itself to the brightest spot on comet 9P/Tempel 1, a relatively small feature on the 6 km nucleus. And 'space' has changed: By the end of this decade, one satellite communication network plans to have launched over 11000 satellites at a pace of 60 per launch every other week. This level of series production is comparable in numbers to the most prolific commercial airliners. Launch vehicle production has not simply increased correspondingly – they can be reused, although in a trade for performance. Optical and radio astronomy as well as planetary radar have made great strides in the past decade, and so has the design and production capability for everyday 'high-tech' products. 60 years ago, spaceflight was invented from scratch within two years, and there are recent examples of fast-paced space projects as well as a drive towards 'responsive space'. It seems it is not quite yet time to abandon all hope. We present what could be done and what is too close to call once thinking is shoved out of the box by a clear and present danger, to show where a little more preparedness or routine would come in handy – or become decisive. And if we fail, let's stand and stare safely and well instrumented anywhere on Earth together in the greatest adventure of science.