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Digital twins enable the modeling and simulation of real-world entities (objects, processes or systems), resulting in improvements in the associated value chains. The emerging field of quantum computing holds tremendous promise forevolving this virtualization towards Quantum (Digital) Twins (QDT) and ultimately Quantum Twins (QT). The quantum (digital) twin concept is not a contradiction in terms - but instead describes a hybrid approach that can be implemented using the technologies available today by combining classicalcomputing and digital twin concepts with quantum processing. This paperpresents the status quo of research and practice on quantum (digital) twins. It alsodiscuses their potential to create competitive advantage through real-timesimulation of highly complex, interconnected entities that helps companies better
address changes in their environment and differentiate their products andservices.
Wettbewerbsregeln (§§ 24-27)
(2022)
Das Thema „Bio“ ist auf dem Markt längst zu einem Mainstream geworden und vor allem bei jüngeren Zielgruppen sehr gefragt. Umso wichtiger ist es für Bio-Marken wie ALNATURA, sich zu definieren, um neben innovativen, nachhaltigen Start-up-Marken noch aufzufallen. Aktuell ist ALNATURA vorwiegend aufgrund der hochwertigen Produkte sowie einer transparenten Kommunikation bekannt. Jedoch fehlt es den Produkten an einheitlichem Design mit Wiedererkennungswert. Diese Arbeit zeigt einen Ansatz für ein neues, zeitgemäßes Gestaltungskonzept. Im Zuge dessen wurde das Unternehmenslogo modifiziert sowie Farben, Schrift und Gestaltungsraster neu definiert. Um das neue Image der Marke bekannt zu machen, wurde zudem eine Plakatkampagne entwickelt. Das Projekt zeigt, wie sich eine Bio-Marke weg vom Öko-Image und hin zu einer modernen Lifestyle-Marke mit Relevanz entwickeln kann.
Vom Airbag zum Rucksack mit Upcycling : Kampagne zur Steigerung der Bekanntheit der Marke Airpaq
(2022)
In der Automobilindustrie entsteht ein enormes Ausmaß an Abfall. Genau an dieser Stelle greift das Kölner Start-up Airpaq ein, das nachhaltige Rucksäcke und Accessoires aus Autoschrott unter fairen Arbeitsbedingungen in der EU herstellt. Das Ziel der Kampagne ist es, die Markenbekanntheit zu steigern und eine tiefergreifende und lang anhaltende Verbindung zur jungen Zielgruppe aufzubauen. Genau so, wie Airpaq den Taschen-Markt revolutioniert, stellt auch die junge Zielgruppe immer wieder Altbewährtes infrage. Mit der „HOLYSCRAP“-Bewegung ruft die Kampagne Upcycling-Abenteuer ins Leben. Die Kampagne ermutigt dazu, Teil der Upcycling-Community zu werden, um immer wieder neu und anders "schrottastische" Erlebnisse zu entdecken. So soll eingeladen werden, nicht nur beim Griff zur Tasche mal etwas Neues auszuprobieren, sondern auch bei allen gemeinsamen Aktivitäten, die man mit Airpaq erlebt.
VIUR : urbanes Lagerfeuer
(2022)
Es kann ganze Lebensräume auslöschen, und doch wäre unsere Welt nicht die gleiche ohne Feuer. Feuer spielt eine wichtige Rolle in der menschlichen Evolution und diente unseren Vorfahren zum Schutz vor wilden Tieren, Kochen und zum Wärmen. Auch Gespräche am Lagerfeuer sollen einen erheblichen Einfluss auf die soziale und kulturelle Evolution des Menschen gehabt haben.
Kein Wunder also, dass die Menschen bis heute mit Feuer ein Gefühl von Gemeinschaft und Geborgenheit verbinden. Genau diese Wirkung greift „VIUR“ auf und macht Feuer alltagstauglich für eine Welt, die von Urbanisierung und Digitalisierung geprägt ist. Entstanden ist ein Hybrid aus einem Tischfeuer und einem Grill. Somit entsteht sowohl das sinnliche Erlebnis einer Feuerstelle als auch die Möglichkeit, kleine Speisen zuzubereiten.
Die smarte Konstruktion und ein Sicherheitsbrennstoff, mit dem sich kaum Rauch entwickeln kann, ermöglicht die Nutzung im kleinen Garten, aber eben auch auf einem Stadtbalkon. So kann das Lagerfeuer wieder seinen Zauber entfalten.
Vitamin D plays an essential role in calcium and inorganic phosphate (Pi) homeostasis, maintaining their optimal levels to assure adequate bone mineralization. Vitamin D, as calcitriol (1,25(OH)2D), not only increases intestinal calcium and phosphate absorption but also facilitates their renal reabsorption, leading to elevated serum calcium and phosphate levels. The interaction of 1,25(OH)2D with its receptor (VDR) increases the efficiency of intestinal absorption of calcium to 30–40% and phosphate to nearly 80%. Serum phosphate levels can also influence 1,25 (OH)2D and fibroblast growth factor 23 (FGF23) levels, i.e., higher phosphate concentrations suppress vitamin D activation and stimulate parathyroid hormone (PTH) release, while a high FGF23 serum level leads to reduced vitamin D synthesis. In the vitamin D-deficient state, the intestinal calcium absorption decreases and the secretion of PTH increases, which in turn causes the stimulation of 1,25(OH)2D production, resulting in excessive urinary phosphate loss. Maintenance of phosphate homeostasis is essential as hyperphosphatemia is a risk factor of cardiovascular calcification, chronic kidney diseases (CKD), and premature aging, while hypophosphatemia is usually associated with rickets and osteomalacia. This chapter elaborates on the possible interactions between vitamin D and phosphate in health and disease.
Visionsbild eines BMW AG internen Tools : Optimierung einer datenzentrierten Plattform der BMW AG
(2022)
Die BMW AG verfolgt mehrere Ansätze eine optimierte Effizienzsteigerung durch eigens entwickelte Softwaretools zu erreichen. Der Fokus hierbei liegt in der Ermöglichung einer datenzentrierten, nutzerorientierten und hochautomatisierten Fahrzeugentwicklung. Das eigen von der BMW AG entwickelte Software-Tool „Parts List“ dient als digitale Bauteilliste für Entwicklungsteams. Das Tool bündelt mehrere Datenbanken und stellt diese in Echtzeit zur Verfügung. Somit kann der manuelle Pflegeaufwand erheblich reduziert und eine Durchgängigkeit einer Vielzahl von Daten ermöglicht werden. Der Fokus der Abschlussarbeit liegt in der konzeptionellen und gestalterischen Optimierung des Tools. Dabei wird insbesondere der User Centered Design Prozess betrachtet, bei dem die Nutzer bzw. die Entwicklungsteams im Zentrum stehen.
Virgin passive colon biomechanics and a literature review of active contraction constitutive models
(2022)
The objective of this paper is to present our findings on the biomechanical aspects of the virgin passive anisotropic hyperelasticity of the porcine colon based on equibiaxial tensile experiments. Firstly, the characterization of the intestine tissues is discussed for a nearly incompressible hyperelastic fiber-reinforced Holzapfel–Gasser–Ogden constitutive model in virgin passive loading conditions. The stability of the evaluated material parameters is checked for the polyconvexity of the adopted strain energy function using positive eigenvalue constraints of the Hessian matrix with MATLAB. The constitutive material description of the intestine with two collagen fibers in the submucosal and muscular layer each has been implemented in the FORTRAN platform of the commercial finite element software LS-DYNA, and two equibiaxial tensile simulations are presented to validate the results with the optical strain images obtained from the experiments. Furthermore, this paper also reviews the existing models of the active smooth muscle cells, but these models have not been computationally studied here. The review part shows that the constitutive models originally developed for the active contraction of skeletal muscle based on Hill’s three-element model, Murphy’s four-state cross-bridge chemical kinetic model and Huxley’s sliding-filament hypothesis, which are mainly used for arteries, are appropriate for numerical contraction numerical analysis of the large intestine.
Endlich! Nach über zwei Jahren kulturellen Stillstands richtet der Musiknetzwerk Aachen e.V. ein Festival aus. Die Bachelorandin Jana Wetzlar übernimmt hierbei die Veranstaltungsplanung und -bewerbung. Der erste Teil der Arbeit umfasst die Erarbeitung eines einzigartigen Festivalkonzepts, bei dem die Förderung von jungen Newcomerkünstler:innen und die ökologische Nachhaltigkeit der Veranstaltung im Vordergrund stehen. Eine weitere Besonderheit stellt das paritätisch besetzte Künstler:innen-Line-Up dar. Im zweiten Teil der Arbeit wurden eine umfangreiche Werbekampagne sowie ein passendes Corporate Design entwickelt, die die Besonderheiten des Festivals hervorheben und viele Festivalbesucher:innen generieren sollen. Die übergeordneten Ziele der Arbeit bestehen darin, einen Beitrag zur gesellschaftlichen Etablierung des Musiknetzwerk Aachen e.V. zu leisten und die Voraussetzungen für ein jährlich wiederkehrendes Festival zu schaffen.
Aufgrund der gestiegenen Anforderungen durch höhere Ein-wirkungen aus Wind und Erdbeben ist eine Verbesserung und Optimierung der Berechnungs- und Bemessungsansätze für Mauerwerksbauten erforderlich. Eine bessere Ausnutzung der Tragwerksreserven ist durch die Berücksichtigung der Rah-mentragwirkung mit einer Aktivierung der Deckenscheiben in den Rechenmodellen möglich, die in der Praxis aufgrund der Komplexität der Wand-Decken-Interaktion bislang nicht aus-genutzt wird. Im vorliegenden Aufsatz wird ein vereinfachter Ansatz auf Grundlage der mitwirkenden Plattenbreite von Schubwänden aus Mauerwerk vorgestellt, der die wesentli-chen Einfl ussfaktoren in parametrisierten Tabellen erfasst. Damit steht den Tragwerksplanern ein einfach anwendbares Werkzeug zur Verfügung, um die Rahmentragwirkung in der Mauerwerksbemessung anzusetzen.
Stützen und Träger aus Stahlprofilen können in Fundamente oder Wände aus Stahlbeton einbetoniert werden. Diese Anschlüsse wirken in der Regel wie Einspannungen, die eine ausreichende Einspanntiefe erfordern. Im Folgenden wird eine verallgemeinerte Berechnungsmethode für in Stahlbetonkonstruktionen eingespannte Stahlprofile aus gewalzten I-Profilen, geschweißten I-Profilen, runden Hohlprofilen, eckigen Hohlprofilen und einzelligen Kastenquerschnitten vorgestellt. Für Beanspruchungen infolge einachsiger Biegung um die starke und schwache Profilachse werden der profilabhängige Ansatz der Betondruckspannungen im Einspannbereich und die Ermittlung der Einspanntiefe behandelt. Unter Berücksichtigung der Normalkraft werden an den maßgebenden Stellen Tragfähigkeitsnachweise für die Stahlprofile geführt. Als Ergänzung zu den Berechnungsformeln werden Bemessungshilfen zur Verfügung gestellt, die die Wahl der mitwirkenden Breiten und der Einspanntiefen erleichtert.
Lolium perenne (perennial ryegrass) is aproductive and high-quality forage grass indigenous to Southern Europe, temperate Asia, and North Africa. Nowadays it is widespread and the dominant grass species on green areas in temperate climates. This abundant source of biomass is suitable for the development of bioeconomic processes because of its high cellulose and water-soluble carbohydrate content. In this work, novel breeds of the perennial ryegrass are being examined with regards to their quality parameters and biotechnological utilization options within the context of bioeconomy. Three processing operations are presented. In the first process, the perennial ryegrass is pretreated by pressing or hydrothermal extraction to derive glucosevia subsequent enzymatic hydrolysis of cellulose. A yield of up to 82 % glucose was achieved when using the hydrothermal ex-traction as pretreatment. In a second process, the ryegrass is used to produce lactic acid in high concentrations. The influence of the growth conditions and the cutting time on the carboxylic acid yield is investigated. A yield of lactic acid of above 150 g kg⁻¹ dry matter was achieved. The third process is to use Lolium perenne as a substrate in the fermentation of K. marxianus for the microbial production of single-cell proteins. The perennial ryegrass is screw-pressed and the press juice is used as medium. When supplementing the press juice with yeast media components, a biomass concentration of up to 16 g L⁻¹ could be achieved.
The emerging environmental issues due to the use of fossil resources are encouraging the exploration of new renewable resources. Biomasses are attracting more interest due to the low environmental impacts, low costs, and high availability on earth. In this scenario, green biorefineries are a promising platform in which green biomasses are used as feedstock. Grasses are mainly composed of cellulose and hemicellulose, and lignin is available in a small amount. In this work, a perennial ryegrass was used as feedstock to develop a green bio-refinery platform. Firstly, the grass was mechanically pretreated, thus obtaining a press juice and a press cake fraction. The press juice has high nutritional values and can be employed as part of fermentation media. The press cake can be employed as a substrate either in enzymatic hydrolysis or in solid-state fermentation. The overall aim of this work was to demonstrate different applications of both the liquid and the solid fractions. For this purpose, the filamentous fungus A. niger and the yeast Y. lipolythica were selected for their ability to produce citric acid. Finally, the possibility was assessed to use the press juice as part of fermentation media to cultivate S. cerevisiae and lactic acid bacteria for ethanol and lactic acid fermentation.
Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting.
Der Themenkomplex urbane Mobilität ist getrieben durch den Verkehrsinfarkt in Ballungszentren, durch Luftverschmutzung und Lärm, sowie den Trend zum Leben in der Stadt in den städteplanerischen Fokus gerückt. Emissionsneutrale Antriebskonzepte in der Luftfahrt führen zu Ansätzen Fluggeräte einzusetzen, die batteriegetrieben vertikal aufsteigen und landen können. Flugphysikalisch und energetisch ist diese Technik nur dann sinnvoll, wenn es zwingende Gründe gibt (z.B. Rettungseinsätze), daher wird der flugphysikalische Hintergrund prinzipiell erläutert. Es werden einige aktuelle Lufttransportkonzepte für eine urbane Personenbeförderung vorgestellt. Sollte es verstärkt zu Lufttransport über Städten kommen, müssen betroffene Lufträume geordnet und überwacht werden. Wie kompatibel Lufttransportsysteme mit den heute bereits relevanten urbanen Beförderungsmitteln sein müssen, wird kritisch diskutiert. Abschließend werden die Aspekte Akzeptanz durch die Kunden und Wirtschaftlichkeit ebenso angerissen, wie die hochproblematische Rohstoffgewinnung, die Entsorgung und das Recycling von Batterien.
Unsteady shallow meandering flows in rectangular reservoirs: a modal analysis of URANS modelling
(2022)
Shallow flows are common in natural and human-made environments. Even for simple rectangular shallow reservoirs, recent laboratory experiments show that the developing flow fields are particularly complex, involving large-scale turbulent structures. For specific combinations of reservoir size and hydraulic conditions, a meandering jet can be observed. While some aspects of this pseudo-2D flow pattern can be reproduced using a 2D numerical model, new 3D simulations, based on the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, show consistent advantages as presented herein. A Proper Orthogonal Decomposition was used to characterize the four most energetic modes of the meandering jet at the free surface level, allowing comparison against experimental data and 2D (depth-averaged) numerical results. Three different isotropic eddy viscosity models (RNG k-ε, k-ε, k-ω) were tested. The 3D models accurately predicted the frequency of the modes, whereas the amplitudes of the modes and associated energy were damped for the friction-dominant cases and augmented for non-frictional ones. The performance of the three turbulence models remained essentially similar, with slightly better predictions by RNG k-ε model in the case with the highest Reynolds number. Finally, the Q-criterion was used to identify vortices and study their dynamics, assisting on the identification of the differences between: i) the three-dimensional phenomenon (here reproduced), ii) its two-dimensional footprint in the free surface (experimental observations) and iii) the depth-averaged case (represented by 2D models).
Kleidung umgibt den menschlichen Körper seit etwa 75.000 Jahren. Seitdem dient sie dabei längst mehr nur als Schutz, sondern ist zu einem wichtigen Kommunikationsmittel geworden. Vor allem Identität spielte schon immer eine wichtige Rolle in ihrer Funktion. Im 15. Jahrhundert entstand die erste Uniform, die durch identische Kleidung Zusammengehörigkeit vermitteln sollte. Dieses Konzept findet heute in der Corporate Fashion, Berufskleidung und zivilen Kontexten Verwendung und vermittelt nebenher Visionen und Philosophien der Corporate Identities. In dieser Arbeit wurde eine tiefgehende Recherche über die Geschichte, Funktion und Wirkung von Uniformen betrieben und Kategorien untersucht, in die sich diese einteilen lassen. Anschließend wurden die Ergebnisse in einem ausgewählten Layout als Buch zusammengefasst und mit Portraits uniformtragender Menschen unterstützt. Abschließend folgt ein Leitfaden, der eine gezielte Gestaltung von Uniformen ermöglicht.
Nach drei Jahren ist der Anblick der beigen Kommode doch etwas langweilig geworden und es steht ein Tapetenwechsel an? Das ist noch lange kein Grund, neue Möbel kaufen zu müssen. Mit dem „BOBBI“-Regal lässt sich das Farbkonzept des Möbelstücks fortlaufend anpassen. Das reduzierte Grundgestell basiert auf einem einfachen Stecksystem und ermöglicht nicht nur einen schnellen, intuitiven Aufbau, sondern auch eine modulare Erweiterung des Regalsystems. Eintönig? Nein Danke! Zeitloses, langlebiges Design muss nicht schlicht und farblos sein! Der Schlüssel liegt in der Individualisierbarkeit. Mithilfe einer einfachen textilen Bespannungstechnik passt der Kunde das Gerüst nach seinen Vorstellungen an. Auf diese Weise kann der Charakter des Möbelstücks nicht nur farblich, sondern auch strukturell regelmäßig verändert werden und trägt zu einer nachhaltigen und achtsamen Raumgestaltung bei.
Kommunikationsroboter für den Kundenservice. Aktuell werden große Fortschritte im Bereich von künstlicher Intelligenz und Robotik getätigt, sodass wir bald intelligente Maschinen unter uns haben werden. Daher müssen wir uns die Frage beantworten, welche Rolle diese einnehmen sollen und vor allem wie wir mit ihnen interagieren und kommunizieren wollen. "uCo" bewältigt dies mithilfe einer mobilen, robotischen Plattform, welche mit einem holografischen 3-D-Interface ausgestattet ist. Neben der Entwicklung des robotischen Körpers beinhaltet das Projekt "uCo" die Grundlage für ein Kommunikationssystem für "uCo's" Gesicht. "uCo" kommuniziert hauptsächlich über Sprache, wird dabei jedoch von einem speziell entwickelten Mimik- und Emotionssytem unterstützt. "uCo" als Konzept versucht, erste Antworten auf die komplexen gestalterischen und moralischen Fragen zu geben, die mit der Entwicklung von künstlicher Intelligenz einhergehen. Und wer weiß - vielleicht wirst du eines Tages von einem "uCo" beraten.