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Smoothed Finite Element Methods for Nonlinear Solid Mechanics Problems: 2D and 3D Case Studies
(2016)
The Smoothed Finite Element Method (SFEM) is presented as an edge-based and a facebased techniques for 2D and 3D boundary value problems, respectively. SFEMs avoid shortcomings of the standard Finite Element Method (FEM) with lower order elements such as overly stiff behavior, poor stress solution, and locking effects. Based on the idea of averaging spatially the standard strain field of the FEM over so-called smoothing domains SFEM calculates the stiffness matrix for the same number of degrees of freedom (DOFs) as those of the FEM. However, the SFEMs significantly improve accuracy and convergence even for distorted meshes and/or nearly incompressible materials.
Numerical results of the SFEMs for a cardiac tissue membrane (thin plate inflation) and an artery (tension of 3D tube) show clearly their advantageous properties in improving accuracy particularly for the distorted meshes and avoiding shear locking effects.
Analysis of the long-term effect of the MBST® nuclear magnetic resonance therapy on gonarthrosis
(2016)
The enormous diversity of seed traits is an intriguing feature and critical for the overwhelming success of higher plants. In particular, seed mass is generally regarded to be key for seedling development but is mostly approximated by using scanning methods delivering only two-dimensional data, often termed seed size. However, three-dimensional traits, such as the volume or mass of single seeds, are very rarely determined in routine measurements. Here, we introduce a device named phenoSeeder, which enables the handling and phenotyping of individual seeds of very different sizes. The system consists of a pick-and-place robot and a modular setup of sensors that can be versatilely extended. Basic biometric traits detected for individual seeds are two-dimensional data from projections, three-dimensional data from volumetric measures, and mass, from which seed density is also calculated. Each seed is tracked by an identifier and, after phenotyping, can be planted, sorted, or individually stored for further evaluation or processing (e.g. in routine seed-to-plant tracking pipelines). By investigating seeds of Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), rapeseed (Brassica napus), and barley (Hordeum vulgare), we observed that, even for apparently round-shaped seeds of rapeseed, correlations between the projected area and the mass of seeds were much weaker than between volume and mass. This indicates that simple projections may not deliver good proxies for seed mass. Although throughput is limited, we expect that automated seed phenotyping on a single-seed basis can contribute valuable information for applications in a wide range of wild or crop species, including seed classification, seed sorting, and assessment of seed quality.
Für die Verarbeitung von natürlicher Sprache ist ein wichtiger Zwischenschritt das Parsing, bei dem für Sätze der natürlichen Sprache Ableitungsbäume bestimmt werden. Dieses Verfahren ist vergleichbar zum Parsen formaler Sprachen, wie z. B. das Parsen eines Quelltextes. Die Parsing-Methoden der formalen Sprachen, z. B. Bottom-up-Parser, können nicht auf das Parsen der natürlichen Sprache übertragen werden, da keine Formalisierung der natürlichen Sprachen existiert [3, 12, 23, 30].
In den ersten Programmen, die natürliche Sprache verarbeiten [32, 41], wurde versucht die natürliche Sprache mit festen Regelmengen zu verarbeiten. Dieser Ansatz stieß jedoch schnell an seine Grenzen, da die Regelmenge nicht vollständig sowie nicht minimal ist und wegen der benötigten Menge an Regeln schwer zu verwalten ist. Die Korpuslinguistik [22] bot die Möglichkeit, die Regelmenge durch Supervised-Machine-Learning-Verfahren [2] abzulösen.
Teil der Korpuslinguistik ist es, große Textkorpora zu erstellen und diese mit sprachlichen Strukturen zu annotieren. Zu diesen Strukturen gehören sowohl die Wortarten als auch die Ableitungsbäume der Sätze. Vorteil dieser Methodik ist es, dass repräsentative Daten zur Verfügung stehen. Diese Daten werden genutzt, um mit Supervised-Machine-Learning-Verfahren die Gesetzmäßigkeiten der natürliche Sprachen zu erlernen.
Das Maximum-Entropie-Verfahren ist ein Supervised-Machine-Learning-Verfahren, das genutzt wird, um natürliche Sprache zu erlernen. Ratnaparkhi [25] nutzt Maximum-Entropie, um Ableitungsbäume für Sätze der natürlichen Sprache zu erlernen. Dieses Verfahren macht es möglich, die natürliche Sprache (abgebildet als Σ∗) trotz einer fehlenden formalen Grammatik zu parsen.
A New Class of Biosensors Based on Tobacco Mosaic Virus and Coat Proteins as Enzyme Nanocarrier
(2016)
Label-free Electrostatic Detection of DNA Amplification by PCR Using Capacitive Field-effect Devices
(2016)
A capacitive field-effect EIS (electrolyte-insulator-semiconductor) sensor modified with a positively charged weak polyelectrolyte of poly(allylamine hydrochloride) (PAH)/single-stranded probe DNA (ssDNA) bilayer has been used for a label-free electrostatic detection of pathogen-specific DNA amplification via polymerase chain reaction (PCR). The sensor is able to distinguish between positive and negative PCR solutions, to detect the existence of target DNA amplicons in PCR samples and thus, can be used as tool for a quick verification of DNA amplification and the successful PCR process.
Robotergestütztes System für ein verbessertes neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker
(2016)
Neuromuskuläres Aufbautraining der Beinstrecker ist ein wichtiger Bestandteil in der Rehabilitation und Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen. Effektives Training erfordert hohe Muskelkräfte, die gleichzeitig hohe Belastungen von bereits geschädigten Strukturen bedeuten. Um trainingsinduzierte Schädigungen zu vermeiden, müssen diese Kräfte kontrolliert werden. Mit heutigen Trainingsgeräten können diese Ziele allerdings nicht erreicht werden. Für ein sicheres und effektives Training sollen durch den Einsatz der Robotik, Sensorik, eines Regelkreises sowie Muskel-Skelett-Modellen Belastungen am Zielgewebe direkt berechnet und kontrolliert werden. Auf Basis zweier Vorstudien zu möglichen Stellgrößen wird der Aufbau eines robotischen Systems vorgestellt, das sowohl für Forschungszwecke als auch zur Entwicklung neuartiger Trainingsgeräte verwendet werden kann.
We investigate the suitability of selected measures of complexity based on recurrence quantification analysis and recurrence networks for an identification of pre-seizure states in multi-day, multi-channel, invasive electroencephalographic recordings from five epilepsy patients. We employ several statistical techniques to avoid spurious findings due to various influencing factors and due to multiple comparisons and observe precursory structures in three patients. Our findings indicate a high congruence among measures in identifying seizure precursors and emphasize the current notion of seizure generation in large-scale epileptic networks. A final judgment of the suitability for field studies, however, requires evaluation on a larger database.
The stimulation and dominance of potentially harmful phytoplankton taxa at a given locale and time are determined by local environmental conditions as well as by transport to or from neighboring regions. The present study investigated the occurrence of common harmful algal bloom (HAB) taxa within the Southern California Bight, using cross-correlation functions to determine potential dependencies between HAB taxa and environmental factors, and potential links to algal transport via local hydrography and currents. A simulation study, in which Lagrangian particles were released, was used to assess travel times due to advection by prevailing ocean currents in the bight. Our results indicate that transport of some taxa may be an important mechanism for the expansion of their distributions into other regions, which was supported by mean travel times derived from our simulation study and other literature on ocean currents in the Southern California Bight. In other cases, however, phytoplankton dynamics were rather linked to local environmental conditions, including coastal upwelling events. Overall, our study shows that complex current patterns in the Southern California Bight may contribute significantly to the formation and expansion of HABs in addition to local environmental factors determining the spatiotemporal dynamics of phytoplankton blooms.
Es werden Effizienzbegriffe zum Vergleich von statistischen Tests basierend auf verschiedenen statistischen Experimenten eingeführt. Dabei handelt es sich um die schon aus dem Vergleich von statistischen Tests in je demselben Modell bekannten asymptotischen relativen Effizienzen wie die Hodges-Lehmann-Effizienz, die Bahadur-Effizienz und die Pitman-Effizienz sowie um Kriterien basierend auf Volumina von Konfidenzbereichen. Effizienzaussagen werden unter anderem für Likelihood-Quotienten-Tests und Waldsche Tests im Rahmen eines allgemeinen multivariaten parametrischen Modells erhalten. Statistische Tests zur Prüfung von Hypothesen über die relative Wirksamkeit zweier Experimente werden vorgeschlagen. Auf der Grundlage der erhaltenen Ergebnisse erfolgt ein Vergleich der Wirksamkeit von korrespondierenden Verfahren bei verbundener Stichprobenerhebung und unabhängiger Stichprobenerhebung. Die Rolle der Kovarianzmatrix bei verbundener Stichprobenerhebung wird insbesondere unter der Annahme, dass die zugrunde liegenden Verteilungen durch k-parametrische Exponentialfamilien modellierbar sind, herausgearbeitet. Verbindungen zu Effizienzbegriffen bei Punkt- und Konfidenzbereichsschätzverfahren werden aufgezeigt. Ausführlichere Untersuchungen betreffen die korrespondierenden Hotellingschen T²-Tests im multivariaten Normalverteilungsfall, die klassischen Homogenitatstests bei k × k-Kontingenztafeln und die Wilcoxon Tests in nichtparametrischen Lagealternativmodellen