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Algorithmic design and resilience assessment of energy efficient high-rise water supply systems
(2018)
High-rise water supply systems provide water flow and suitable pressure in all levels of tall buildings. To design such state-of-the-art systems, the consideration of energy efficiency and the anticipation of component failures are mandatory. In this paper, we use Mixed-Integer Nonlinear Programming to compute an optimal placement of pipes and pumps, as well as an optimal control strategy.Moreover, we consider the resilience of the system to pump failures. A resilient system is able to fulfill a predefined minimum functionality even though components fail or are restricted in their normal usage. We present models to measure and optimize the resilience. To demonstrate our approach, we design and analyze an optimal resilient decentralized water supply system inspired by a real-life hotel building.
In most beers, producers strive to minimize haze to maximize visual appeal. To detect the formation of particulates, a measurement system for sub-micron particles is required. Beer haze is naturally occurring, composed of protein or polyphenol particles; in their early stage of growth their size is smaller than 2 µm. Microscopy analysis is time and resource intensive; alternatively, backscattering is an inexpensive option for detecting particle sizes of interest.
Multi-analyte biosensors may offer the opportunity to perform cost-effective and rapid analysis with reduced sample volume, as compared to electrochemical biosensing of each analyte individually. This work describes the development of an enzyme-based biosensor system for multi-parametric determination of four different organic acids. The biosensor array comprises five working electrodes for simultaneous sensing of ethanol, formate, d-lactate, and l-lactate, and an integrated counter electrode. Storage stability of the biosensor was evaluated under different conditions (stored at +4 °C in buffer solution and dry at −21 °C, +4 °C, and room temperature) over a period of 140 days. After repeated and regular application, the individual sensing electrodes exhibited the best stability when stored at −21 °C. Furthermore, measurements in silage samples (maize and sugarcane silage) were conducted with the portable biosensor system. Comparison with a conventional photometric technique demonstrated successful employment for rapid monitoring of complex media.
Malaria infection remains a significant risk for much of the population of tropical and subtropical areas, particularly in developing countries. Therefore, it is of high importance to develop sensitive, accurate and inexpensive malaria diagnosis tests. Here, we present a novel aptamer-based electrochemical biosensor (aptasensor) for malaria detection by impedance spectroscopy, through the specific recognition between a highly discriminatory DNA aptamer and its target Plasmodium falciparum lactate dehydrogenase (PfLDH). Interestingly, due to the isoelectric point (pI) of PfLDH, the aptasensor response showed an adjustable detection range based on the different protein net-charge at variable pH environments. The specific aptamer recognition allows sensitive protein detection with an expanded detection range and a low detection limit, as well as a high specificity for PfLDH compared to analogous proteins. The specific feasibility of the aptasensor is further demonstrated by detection of the target PfLDH in human serum. Furthermore, the aptasensor can be easily regenerated and thus applied for multiple usages. The robustness, sensitivity, and reusability of the presented aptasensor make it a promising candidate for point-of-care diagnostic systems.
Im Rahmen des europäischen Verbundprojekts INSYSME wurden von den deutschen Partnern die Systeme IMES und INODIS zur Verbesserung des seismischen Verhaltens von ausgefachten Stahlbetonrahmen entwickelt. Ziel beider Systeme ist es, Stahlbetonrahmen und Ausfachung zu entkoppeln, anstatt die Tragfähigkeit durch aufwendige und kostspielige zusätzliche Bewehrungseinlagen zu erhöhen. Erste Ergebnisse des Systems IMES für Belastungen in und senkrecht zu der Wandebene werden vorgestellt.
Im Rahmen des europäischen Verbundprojekts INSYSME wurden von den deutschen Partnern die Systeme IMES und INODIS zur Verbesserung des seismischen Verhaltens von ausgefachten Stahlbetonrahmen entwickelt. Ziel beider Systeme ist es, Stahlbetonrahmen und Ausfachung zu entkoppeln, anstatt die Tragfähigkeit durch aufwendige und kostspielige zusätzliche Bewehrungseinlagen zu erhöhen. Erste Ergebnisse des Systems IMES für Belastungen in und senkrecht zu der Wandebene werden vorgestellt.
Sleep scoring is a necessary and time-consuming task in sleep studies. In animal models (such as mice) or in humans, automating this tedious process promises to facilitate long-term studies and to promote sleep biology as a data-driven f ield. We introduce a deep neural network model that is able to predict different states of consciousness (Wake, Non-REM, REM) in mice from EEG and EMG recordings with excellent scoring results for out-of-sample data. Predictions are made on epochs of 4 seconds length, and epochs are classified as artifactfree or not. The model architecture draws on recent advances in deep learning and in convolutional neural networks research. In contrast to previous approaches towards automated sleep scoring, our model does not rely on manually defined features of the data but learns predictive features automatically. We expect deep learning models like ours to become widely applied in different fields, automating many repetitive cognitive tasks that were previously difficult to tackle.
Das Forschungsprojekt Produktionseffizienz in der Kleinserie (ProeK) erarbeitet kostengünstige und effiziente Lösungsansätze für Prozessketten im Zukunftsfeld der Elektromobilität. Das Teilprojekt Karosserie setzt diese Zielsetzung durch innovative und praxisorientierte Produkt- und Prozesskonzepte mit neuartigen bauteilintegrierten Vorrichtungsfunktionen (BiV) um. Im Teilprojekt Außenhaut sollen Toleranzen adaptiv durch Anpassungen der Prozessparameter sowie Bauteilmanipulation kompensiert werden.
The overall objective of this study is to develop a new external fixator, which closely maps the native kinematics of the elbow to decrease the joint force resulting in reduced rehabilitation time and pain. An experimental setup was designed to determine the native kinematics of the elbow during flexion of cadaveric arms. As a preliminary study, data from literature was used to modify a published biomechanical model for the calculation of the joint and muscle forces. They were compared to the original model and the effect of the kinematic refinement was evaluated. Furthermore, the obtained muscle forces were determined in order to apply them in the experimental setup. The joint forces in the modified model differed slightly from the forces in the original model. The muscle force curves changed particularly for small flexion angles but their magnitude for larger angles was consistent.
Aufgrund von EU-Regularien und Umweltinitiativen wächst der Markt für nachhaltige und abbaubare Klebstoffe stetig. Organosolv (OS)-Lignin ist ein kommerziell wenig ertragreicher Nebenstrom der Lignocellulose-Bioraffinerie. Durch das "Nachahmen" der Adhäsionseigenschaften mit strukturverwandten Muschel-Aminosäuren soll OS-Lignin in einen starkes, vollständig biobasiertes Adhäsiv umgewandelt werden. Funktionsweisend für die Adhäsion des Muschelklebstoffes ist die Catecholgruppe der Aminosäure L-DOPA. Die laccase-katalysierte Polymerisationsreaktion von Lignin und L-DOPA ist schwierig zu kontrollieren, da L-DOPA eine Ringschlussreaktion eingeht. Stattdessen wurde eine zweistufige Reaktion mit einem Diamin als Ankermolekül etabliert. Die Catecholgruppe, die im zweiten Schritt enzymatisch an das Lignin-Amin gebunden wird, kann durch Komplexbildung mit Fe(III)-Ionen sowohl zur Adhäsion als auch zur Kohäsion des Klebstoffes beitragen. Der Lignin-Catechol-Klebstoff ist frei von petrochemischen Chemikalien und biologisch abbaubar. In ersten Stirnzugversuchen konnte eine Haftkraft von 0,3 MPa erreicht werden.
The terms bioeconomy and biorefineries are used for a variety of processes and developments. This short introduction is intended to provide a delimitation and clarification of the terminology as well as a classification of current biorefinery concepts. The basic process diagrams of the most important biorefinery types are shown.
Die Erfindung betrifft ein Bussystem enthaltend Busleitungen, an denen eine Anzahl von Busteilnehmern über einen Transceiver anschließbar sind, wobei der Transceiver eine bidirektionale Kommunikation zwischen mindestens zwei Busteilnehmern bewirkt, wobei auf einer busabgewandten Seite des Transceivers sich an denselben eine Zwischenbrückeneinheit anschließt, die mindestens zwei Sender-/Empfänger-Paare enthaltend jeweils einen Sender und einen Empfänger aufweist, wobei der Sender einen Senderoszillator, eine Amplituden- und/oder Phasen- und/oder Frequenzmodulator sowie eine Antenne aufweist und wobei der Empfänger einen Mischer aufweisenden Demodulator sowie eine Antenne aufweist, wobei ein erstes Sender-/Empfänger-Paar über eine Funkschnittstelle mit dem zweiten Sender-/Empfänger-Paar miteinander gekoppelt sind.
Using the OpenSim software and verified anatomical data, a computer model for the calculation of biomechanical parameters is developed and used to determine the effect of a reattachment of the Supraspinatus muscle with a medial displacement of the muscle attachment point, which may be necessary for a rupture of the supraspinatus tendon. The results include the influence of the operation on basic biomechanical parameters such as the lever arm, as well as the calculated the muscle activations for the supraspinatus and deltoid. In addition, the influence on joint stability is examined by an analysis of the joint reaction force. The study provides a detailed description of the used model, as well as medical findings to a reattachment of the supraspinatus.
Mit der Software OpenSim und überprüften anatomischen Daten wird ein Computermodell zur Berechnung von biomechanischen Parametern entwickelt und genutzt, um den Effekt einer Refixierung des Supraspinatusmuskels mit einer medialen Verschiebung des Muskelansatzpunktes zu ermitteln, wie sie unter anderem nach einem Riss der Supraspinatussehne notwendig sein kann. Die Ergebnisse umfassen hierbei den Einfluss der Operation auf grundlegende biomechanische Parameter wie den Hebelarm sowie die berechneten Muskelaktivierungen für den Supraspinatus und Deltoideus. Zusätzlich wird der Einfluss auf die Gelenkstabilität betrachtet und durch eine Analyse der Gelenkreaktionskraft untersucht. Die Studie bietet eine detaillierte Beschreibung des genutzten Modells, sowie medizinische Erkenntnisse zu einer Refixierung des Supraspinatus.