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Schlafspindeln – Funktion, Detektion und Nutzung als Biomarker für die psychiatrische Diagnostik
(2022)
Hintergrund:
Die Schlafspindel ist ein Graphoelement des Elektroenzephalogramms
(EEG), das im Leicht- und Tiefschlaf beobachtet werden kann. Veränderungen der
Spindelaktivität wurden für verschiedene psychiatrische Erkrankungen beschrieben. Schlafspindeln zeigen aufgrund ihrer relativ konstanten Eigenschaften Potenzial als Biomarker in der psychiatrischen Diagnostik.
Methode:
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über den Stand der Wissenschaft
zu Eigenschaften und Funktionen der Schlafspindeln sowie über beschriebene
Veränderungen der Spindelaktivität bei psychiatrischen Erkrankungen. Verschiedene methodische Ansätze und Ausblicke zur Spindeldetektion werden hinsichtlich deren Anwendungspotenzial in der psychiatrischen Diagnostik erläutert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung:
Während Veränderungen der Spindelaktivität
bei psychiatrischen Erkrankungen beschrieben wurden, ist deren exaktes Potenzial für die psychiatrische Diagnostik noch nicht ausreichend erforscht. Diesbezüglicher Erkenntnisgewinn wird in der Forschung gegenwärtig durch ressourcenintensive und fehleranfällige Methoden zur manuellen oder automatisierten Spindeldetektion ausgebremst. Neuere Detektionsansätze, die auf Deep-Learning-Verfahren basieren, könnten die Schwierigkeiten bisheriger Detektionsmethoden überwinden und damit neue Möglichkeiten für die praktisch
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.
Nahezu jede:r zweite Deutsche ist chronisch krank – Tendenz steigend. Damit gehören chronische Krankheiten laut RKI zu den häufigsten und bedeutsamsten Gesundheitsproblemen weltweit. Für Betroffene bedeutet eine chronische Erkrankung je nach Schweregrad eine Einschränkung im Alltag sowie verringerte Lebensqualität. Die Health App »nomi« greift die Herausforderungen dieser Menschen auf und revolutioniert die Beobachtung ihrer Symptome und Faktoren. Das schnelle, flexible Tracking wird von Wearables ermöglicht. Durch den Vergleich von Faktoren werden Zusammenhänge abgebildet und das eigene Verständnis der Erkrankung gefördert. Darüber hinaus können diese Daten in Form von Berichten für Ärzt:innen freigegeben werden und bieten somit eine authentische Einsicht in den Krankheitsverlauf. Individuelle Routinen und Erinnerungen fördern das Selbstmanagement. Somit steigert „nomi“ langfristig die Lebensqualität Betroffener – als zuverlässiger Begleiter.
Quantitative evaluation of health management designs for fuel cell systems in transport vehicles
(2022)
Focusing on transport vehicles, mainly with regard to aviation applications, this paper presents compilation and subsequent quantitative evaluation of methods aimed at building an optimum integrated health management solution for fuel cell systems. The methods are divided into two different main types and compiled in a related scheme. Furthermore, different methods are analysed and evaluated based on parameters specific to the aviation context of this study. Finally, the most suitable method for use in fuel cell health management systems is identified and its performance and suitability is quantified.
Cybersecurity of Industrial Control Systems (ICS) is an important issue, as ICS incidents may have a direct impact on safety of people or the environment. At the same time the awareness and knowledge about cybersecurity, particularly in the context of ICS, is alarmingly low. Industrial honeypots offer a cheap and easy to implement way to raise cybersecurity awareness and to educate ICS staff about typical attack patterns. When integrated in a productive network, industrial honeypots may not only reveal attackers early but may also distract them from the actual important systems of the network. Implementing multiple honeypots as a honeynet, the systems can be used to emulate or simulate a whole Industrial Control System. This paper describes a network of honeypots emulating HTTP, SNMP, S7communication and the Modbus protocol using Conpot, IMUNES and SNAP7. The nodes mimic SIMATIC S7 programmable logic controllers (PLCs) which are widely used across the globe. The deployed honeypots' features will be compared with the features of real SIMATIC S7 PLCs. Furthermore, the honeynet has been made publicly available for ten days and occurring cyberattacks have been analyzed
A promising approach to reduce the system costs of molten salt solar receivers is to enable the irradiation of the absorber tubes on both sides. The star design is an innovative receiver design, pursuing this approach. The unconventional design leads to new challenges in controlling the system. This paper presents a control concept for a molten salt receiver system in star design. The control parameters are optimized in a defined test cycle by minimizing a cost function. The control concept is tested in realistic cloud passage scenarios based on real weather data. During these tests, the control system showed no sign of unstable behavior, but to perform sufficiently in every scenario further research and development like integrating Model Predictive Controls (MPCs) need to be done. The presented concept is a starting point to do so.
Benchmarking of various LiDAR sensors for use in self-driving vehicles in real-world environments
(2022)
Abstract
In this paper, we report on our benchmark results of the LiDAR sensors Livox Horizon, Robosense M1, Blickfeld Cube, Blickfeld Cube Range, Velodyne Velarray H800, and Innoviz Pro. The idea was to test the sensors in different typical scenarios that were defined with real-world use cases in mind, in order to find a sensor that meet the requirements of self-driving vehicles. For this, we defined static and dynamic benchmark scenarios. In the static scenarios, both LiDAR and the detection target do not move during the measurement. In dynamic scenarios, the LiDAR sensor was mounted on the vehicle which was driving toward the detection target. We tested all mentioned LiDAR sensors in both scenarios, show the results regarding the detection accuracy of the targets, and discuss their usefulness for deployment in self-driving cars.
Concerning current efforts to improve operational efficiency and to lower overall costs of concentrating solar power (CSP) plants with prediction-based algorithms, this study investigates the quality and uncertainty of nowcasting data regarding the implications for process predictions. DNI (direct normal irradiation) maps from an all-sky imager-based nowcasting system are applied to a dynamic prediction model coupled with ray tracing. The results underline the need for high-resolution DNI maps in order to predict net yield and receiver outlet temperature realistically. Furthermore, based on a statistical uncertainty analysis, a correlation is developed, which allows for predicting the uncertainty of the net power prediction based on the corresponding DNI forecast uncertainty. However, the study reveals significant prediction errors and the demand for further improvement in the accuracy at which local shadings are forecasted.
In order to realistically predict and optimize the actual performance of a concentrating solar power (CSP) plant sophisticated simulation models and methods are required. This paper presents a detailed dynamic simulation model for a Molten Salt Solar Tower (MST) system, which is capable of simulating transient operation including detailed startup and shutdown procedures including drainage and refill. For appropriate representation of the transient behavior of the receiver as well as replication of local bulk and surface temperatures a discretized receiver model based on a novel homogeneous two-phase (2P) flow modelling approach is implemented in Modelica Dymola®. This allows for reasonable representation of the very different hydraulic and thermal properties of molten salt versus air as well as the transition between both. This dynamic 2P receiver model is embedded in a comprehensive one-dimensional model of a commercial scale MST system and coupled with a transient receiver flux density distribution from raytracing based heliostat field simulation. This enables for detailed process prediction with reasonable computational effort, while providing data such as local salt film and wall temperatures, realistic control behavior as well as net performance of the overall system. Besides a model description, this paper presents some results of a validation as well as the simulation of a complete startup procedure. Finally, a study on numerical simulation performance and grid dependencies is presented and discussed.
We study the possibility to fabricate an arbitrary phase mask in a one-step laser-writing process inside the volume of an optical glass substrate. We derive the phase mask from a Gerchberg–Saxton-type algorithm as an array and create each individual phase shift using a refractive index modification of variable axial length. We realize the variable axial length by superimposing refractive index modifications induced by an ultra-short pulsed laser at different focusing depth. Each single modification is created by applying 1000 pulses with 15 μJ pulse energy at 100 kHz to a fixed spot of 25 μm diameter and the focus is then shifted axially in steps of 10 μm. With several proof-of-principle examples, we show the feasibility of our method. In particular, we identify the induced refractive index change to about a value of Δn=1.5⋅10−3. We also determine our current limitations by calculating the overlap in the form of a scalar product and we discuss possible future improvements.
Wo einst fast lückenlos Laubwälder wuchsen, steht heute nur noch ein Drittel der ursprünglichen Waldfläche. Echte Urwälder gibt es hier schon lange nicht mehr: Die Rede ist vom deutschen Wald.
Unsere Welt ist im Wandel. Auch in unseren heimischen Wäldern lassen sich die Einflüsse von Mensch und Klimawandel auf die Biodiversität beobachten.
Die illustrierte Publikation „Adapt or die“ lädt mit mehr als 80 großformatigen Artenportraits, Habitat-Kartierungen und gestalteten Themenklappenseiten zur Auseinandersetzung mit dem Wandel unserer heimischen Wälder ein. Dabei sensibilisiert sie für einen bewussteren Umgang mit Umwelt und Natur. Erweiterungen durch Augmented Reality bieten vereinzelt neben dem Printprodukt aktualisierbare Prognosen, digital und ressourcenschonend.
Das komplexe Ökosystem des Waldes reagiert empfindlich auf Veränderungen: Wer sich nicht anpassen kann, wird verschwinden.
Leider zieht es nicht nur uns in die Städte. Weil das Wachstum urbaner Gebiete immer tiefer in ihre natürlichen Lebensräume einschneidet, sind viele Tiere und Pflanzen gezwungen, sich den Raum mit dem Menschen zu teilen. Und die, die dort den rauen Bedingungen nicht standhalten können, laufen Gefahr, auszusterben. Das Verhalten der Gesellschaft trägt somit zunehmend mehr Verantwortung für den Erhalt der Artenvielfalt, und die Entwicklung von Stadtlandschaften ist längst zu einer ökologischen Herausforderung geworden. Je größer die Stadt, desto mehr Menschen. Je mehr Menschen, desto schneller auch die evolutionären Prozesse, die die Zukunft formen. Diese Masterarbeit möchte das Bewusstsein über die Konsequenzen und Chancen unserer Entscheidungen schulen. Der edukative Nährwert der Erlebnis-App "Natura Urbis" wird über über zahlreiche informative Beiträge und interaktive Stationen geschaffen. Letztere zeigen spielerisch die faszinierende Schönheit und Harmonie der Natur auf und sind so konzipiert, dass sie auch im Ausstellungskontext Verwendung finden könnten. Denn um Leben zu retten, müssen Städte endlich grüner gestaltet werden.
When confining pressure is low or absent, extensional fractures are typical, with fractures occurring on unloaded planes in rock. These “paradox” fractures can be explained by a phenomenological extension strain failure criterion. In the past, a simple empirical criterion for fracture initiation in brittle rock has been developed. But this criterion makes unrealistic strength predictions in biaxial compression and tension. A new extension strain criterion overcomes this limitation by adding a weighted principal shear component. The weight is chosen, such that the enriched extension strain criterion represents the same failure surface as the Mohr–Coulomb (MC) criterion. Thus, the MC criterion has been derived as an extension strain criterion predicting failure modes, which are unexpected in the understanding of the failure of cohesive-frictional materials. In progressive damage of rock, the most likely fracture direction is orthogonal to the maximum extension strain. The enriched extension strain criterion is proposed as a threshold surface for crack initiation CI and crack damage CD and as a failure surface at peak P. Examples show that the enriched extension strain criterion predicts much lower volumes of damaged rock mass compared to the simple extension strain criterion.
In der Arbeit »An den Rand gedrängt–Die Marginalisierung unserer Städte« wird anhand des Flächenverbrauchs des ruhenden Verkehrs erörtert, inwieweit der private Pkw die Entwicklung unserer Städte bestimmt. Die Zusammenstellung verschiedener Texte, Raumbeobachtungen und fotografischer Zeitdokumente soll die Problematik und Aktualität des Themas verstärken. Schritt für Schritt sollen die Leser:innen einen neuen Blick auf die eigene Stadt gewinnen und für das Problem der akuten Flächenknappheit sensibilisiert werden. Das Werk versteht sich als Aufruf, unseren Straßenraum zu entkarbonisieren, ihn neu zu entdecken und die möglichen Chancen im Wandel zu erkennen. Dabei geht es zunächst nicht um die Aufzählung von Klimaschäden, die Abschaffung von Parkplätzen oder gar des Autos, sondern um die Auswirkungen, die Parkplätze auf unser Leben haben und vor allem um ihr Potenzial für die Zukunft.
Diversity management is seen as a decisive factor for ensuring the development of socially responsible innovations (Beacham and Shambaugh, 2011; Sonntag, 2014; López, 2015; Uebernickel et al., 2015). However, many diversity management approaches fail due to a one-sided consideration of diversity (Thomas and Ely, 2019) and a lacking linkage between the prevailing organizational culture and the perception of diversity in the respective organization. Reflecting the importance of diverse perspectives, research institutions have a special responsibility to actively deal with diversity, as they are publicly funded institutions that drive socially relevant development and educate future generations of developers, leaders and decision-makers. Nevertheless, only a few studies have so far dealt with the influence of the special framework conditions of the science system on diversity management. Focusing on the interdependency of the organizational culture and diversity management especially in a university research environment, this chapter aims in a first step to provide a theoretical perspective on the framework conditions of a complex research organization in Germany in order to understand the system-specific factors influencing diversity management. In a second step, an exploratory cluster analysis is presented, investigating the perception of diversity and possible influencing factors moderating this perception in a scientific organization. Combining both steps, the results show specific mechanisms and structures of the university research environment that have an impact on diversity management and rigidify structural barriers preventing an increase of diversity. The quantitative study also points out that the management level takes on a special role model function in the scientific system and thus has an influence on the perception of diversity. Consequently, when developing diversity management approaches in research organizations, it is necessary to consider the top-down direction of action, the special nature of organizational structures in the university research environment as well as the special role of the professorial level as role model for the scientific staff.
Promoting diversity and combatting discrimination in research organizations: a practitioner’s guide
(2022)
The essay is addressed to practitioners in research management and from
academic leadership. It describes which measures can contribute to creating an inclusive climate for research teams and preventing and effectively dealing with discrimination. The practical recommendations consider the policy and organizational levels, as well as the individual perspective of research managers. Following a series of basic recommendations, six lessons learned are formulated, derived from the contributions to the edited collection on “Diversity and Discrimination in Research Organizations.”
Altered gastrocnemius contractile behavior in former achilles tendon rupture patients during walking
(2022)
Achilles tendon rupture (ATR) remains associated with functional limitations years after injury. Architectural remodeling of the gastrocnemius medialis (GM) muscle is typically observed in the affected leg and may compensate force deficits caused by a longer tendon. Yet patients seem to retain functional limitations during—low-force—walking gait. To explore the potential limits imposed by the remodeled GM muscle-tendon unit (MTU) on walking gait, we examined the contractile behavior of muscle fascicles during the stance phase. In a cross-sectional design, we studied nine former patients (males; age: 45 ± 9 years; height: 180 ± 7 cm; weight: 83 ± 6 kg) with a history of complete unilateral ATR, approximately 4 years post-surgery. Using ultrasonography, GM tendon morphology, muscle architecture at rest, and fascicular behavior were assessed during walking at 1.5 m⋅s–1 on a treadmill. Walking patterns were recorded with a motion capture system. The unaffected leg served as control. Lower limbs kinematics were largely similar between legs during walking. Typical features of ATR-related MTU remodeling were observed during the stance sub-phases corresponding to series elastic element (SEE) lengthening (energy storage) and SEE shortening (energy release), with shorter GM fascicles (36 and 36%, respectively) and greater pennation angles (8° and 12°, respectively). However, relative to the optimal fascicle length for force production, fascicles operated at comparable length in both legs. Similarly, when expressed relative to optimal fascicle length, fascicle contraction velocity was not different between sides, except at the time-point of peak series elastic element (SEE) length, where it was 39 ± 49% lower in the affected leg. Concomitantly, fascicles rotation during contraction was greater in the affected leg during the whole stance-phase, and architectural gear ratios (AGR) was larger during SEE lengthening. Under the present testing conditions, former ATR patients had recovered a relatively symmetrical walking gait pattern. Differences in seen AGR seem to accommodate the profound changes in MTU architecture, limiting the required fascicle shortening velocity. Overall, the contractile behavior of the GM fascicles does not restrict length- or velocity-dependent force potentials during this locomotor task.