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As one class of molecular imprinted polymers (MIPs), surface imprinted polymer (SIP)-based biosensors show great potential in direct whole-bacteria detection. Micro-contact imprinting, that involves stamping the template bacteria immobilized on a substrate into a pre-polymerized polymer matrix, is the most straightforward and prominent method to obtain SIP-based biosensors. However, the major drawbacks of the method arise from the requirement for fresh template bacteria and often non-reproducible bacteria distribution on the stamp substrate. Herein, we developed a positive master stamp containing photolithographic mimics of the template bacteria (E. coli) enabling reproducible fabrication of biomimetic SIP-based biosensors without the need for the “real” bacteria cells. By using atomic force and scanning electron microscopy imaging techniques, respectively, the E. coli-capturing ability of the SIP samples was tested, and compared with non-imprinted polymer (NIP)-based samples and control SIP samples, in which the cavity geometry does not match with E. coli cells. It was revealed that the presence of the biomimetic E. coli imprints with a specifically designed geometry increases the sensor E. coli-capturing ability by an “imprinting factor” of about 3. These findings show the importance of geometry-guided physical recognition in bacterial detection using SIP-based biosensors. In addition, this imprinting strategy was employed to interdigitated electrodes and QCM (quartz crystal microbalance) chips. E. coli detection performance of the sensors was demonstrated with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and QCM measurements with dissipation monitoring technique (QCM-D).
The deformation and damage laws of non-homogeneous irregular structural planes in rocks are the basis for studying the stability of rock engineering. To investigate the damage characteristics of rock containing non-parallel fissures, uniaxial compression tests and numerical simulations were conducted on sandstone specimens containing three non-parallel fissures inclined at 0°, 45° and 90° in this study. The characteristics of crack initiation and crack evolution of fissures with different inclinations were analyzed. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone was proposed. The results show that the fracture behaviors of fissured sandstone specimens are discontinuous. The stress–strain curves are non-smooth and can be divided into nonlinear crack closure stage, linear elastic stage, plastic stage and brittle failure stage, of which the plastic stage contains discontinuous stress drops. During the uniaxial compression test, the middle or ends of 0° fissures were the first to crack compared to 45° and 90° fissures. The end with small distance between 0° and 45° fissures cracked first, and the end with large distance cracked later. After the final failure, 0° fissures in all specimens were fractured, while 45° and 90° fissures were not necessarily fractured. Numerical simulation results show that the concentration of compressive stress at the tips of 0°, 45° and 90° fissures, as well as the concentration of tensile stress on both sides, decreased with the increase of the inclination angle. A constitutive model for the discontinuous fractures of fissured sandstone specimens was derived by combining the logistic model and damage mechanic theory. This model can well describe the discontinuous drops of stress and agrees well with the whole processes of the stress–strain curves of the fissured sandstone specimens.
Die Menschheit lebt über ihre Verhältnisse: Permanent übersteigt unser Verbrauch die uns jährlich zur Verfügung stehenden Ressourcen. Der Energiebedarf digitaler Anwendungen wird dabei meist unterschätzt. Wie Interaction-Designer:innen einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Websites leisten können, ist aktuell nur durch aufwendige Recherche zu beantworten. Die Bachelorarbeit »Seeds« stellt einen Schritt im Prozess zu mehr Nachhaltigkeit dar. Sie umfasst ein Toolkit, bestehend aus einer Website und einem Plugin für gängige Designtools. Dieses bündelt alle Informationen, um das Internet barriereärmer, sozialer, ethischer und eben auch ökologisch verträglicher zu gestalten. Während die Website eine Anlaufstelle für den Wissensaufbau darstellt, unterstützt das Plugin bei der Entwicklung eigener Designs, ohne dass Gestalter:innen den Designprozess verlassen müssen.
The artificial olfactory image was proposed by Lundström et al. in 1991 as a new strategy for an electronic nose system which generated a two-dimensional mapping to be interpreted as a fingerprint of the detected gas species. The potential distribution generated by the catalytic metals integrated into a semiconductor field-effect structure was read as a photocurrent signal generated by scanning light pulses. The impact of the proposed technology spread beyond gas sensing, inspiring the development of various imaging modalities based on the light addressing of field-effect structures to obtain spatial maps of pH distribution, ions, molecules, and impedance, and these modalities have been applied in both biological and non-biological systems. These light-addressing technologies have been further developed to realize the position control of a faradaic current on the electrode surface for localized electrochemical reactions and amperometric measurements, as well as the actuation of liquids in microfluidic devices.
In this paper, the use of reinforcement learning (RL) in control systems is investigated using a rotatory inverted pendulum as an example. The control behavior of an RL controller is compared to that of traditional LQR and MPC controllers. This is done by evaluating their behavior under optimal conditions, their disturbance behavior, their robustness and their development process. All the investigated controllers are developed using MATLAB and the Simulink simulation environment and later deployed to a real pendulum model powered by a Raspberry Pi. The RL algorithm used is Proximal Policy Optimization (PPO). The LQR controller exhibits an easy development process, an average to good control behavior and average to good robustness. A linear MPC controller could show excellent results under optimal operating conditions. However, when subjected to disturbances or deviations from the equilibrium point, it showed poor performance and sometimes instable behavior. Employing a nonlinear MPC Controller in real time was not possible due to the high computational effort involved. The RL controller exhibits by far the most versatile and robust control behavior. When operated in the simulation environment, it achieved a high control accuracy. When employed in the real system, however, it only shows average accuracy and a significantly greater performance loss compared to the simulation than the traditional controllers. With MATLAB, it is not yet possible to directly post-train the RL controller on the Raspberry Pi, which is an obstacle to the practical application of RL in a prototyping or teaching setting. Nevertheless, RL in general proves to be a flexible and powerful control method, which is well suited for complex or nonlinear systems where traditional controllers struggle.
Ga-doped Li7La3Zr2O12 garnet solid electrolytes exhibit the highest Li-ion conductivities among the oxide-type garnet-structured solid electrolytes, but instabilities toward Li metal hamper their practical application. The instabilities have been assigned to direct chemical reactions between LiGaO2 coexisting phases and Li metal by several groups previously. Yet, the understanding of the role of LiGaO2 in the electrochemical cell and its electrochemical properties is still lacking. Here, we are investigating the electrochemical properties of LiGaO2 through electrochemical tests in galvanostatic cells versus Li metal and complementary ex situ studies via confocal Raman microscopy, quantitative phase analysis based on powder X-ray diffraction, energy-dispersive X-ray spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and electron energy loss spectroscopy. The results demonstrate considerable and surprising electrochemical activity, with high reversibility. A three-stage reaction mechanism is derived, including reversible electrochemical reactions that lead to the formation of highly electronically conducting products. The results have considerable implications for the use of Ga-doped Li7La3Zr2O12 electrolytes in all-solid-state Li-metal battery applications and raise the need for advanced materials engineering to realize Ga-doped Li7La3Zr2O12for practical use.
Drink me
(2024)
„Drink me“ ist ein Kurzfilm über drei Freunde auf einer Party, auf der ein mysteriöses Getränk verteilt wird, das die Partygäste in einen besonderen Rausch versetzt. Die Farben fangen an zu leuchten, die Musik wird klarer, alles fühlt sich intensiver an. Bis sich die Wahrnehmung der Protagonistin Ally plötzlich verändert: Vom bunt leuchtenden Rauschzustand zur scheinbaren Realität: Einem grauen, kalten Bunker voller abgewrackter Gestalten. Ally versucht die Party zu verlassen, doch während ihre Wahrnehmungen immer weiter verschwimmen, verliert sie gleichzeitig allmählich ihr Bewusstsein. Der Film bietet durch die Darstellung der verschiedenen Wahrnehmungszustände und das Verschwimmen derer ein visuell besonders spannendes Erlebnis.
Das Projekt widmet sich dem Thema der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und Aufmerksamkeitsdefizitstörung (ADS) im Kindesalter. Es setzt sich dabei mit den täglichen Herausforderungen auseinander, mit denen diese Kinder sowohl im Lernprozess als auch in der familiären Beziehungsdynamik konfrontiert sind. Der entwickelte Konzentrationsbegleiter und das dazugehörige Set basieren auf einer lerntherapeutischen Idee, die ein Gleichgewicht zwischen Konzentration und Entspannung erschafft. Das Gesamtsystem „MonKo“ bietet mit dem Konzentrationsbegleiter Unterstützung bei der Alltagsplanung, Priorisierung von Aufgaben und dem Umgang mit Reizen. Der Entspannungsteil des Sets präsentiert sich als „Schatzkiste“ mit sensorischen Spielzeugen und ist individuell von Therapeut:innen und Lehrkräften an die Bedürfnisse der Kinder anpassbar. Der Konzentrationsbegleiter in der Optik eines liebevollen Monsters soll den Kindern helfen, mit den Herausforderungen neuroatypischen Verhaltens umzugehen und erfolgreich in Schule und Alltag zu sein.
PRO+SOUND ist ein tragbares Kombinationsprodukt, bestehend aus Lautsprecher und Projektor, das sowohl privat zum streamen von Filmen, Serien, Musik und Videospielen als auch professionell als Präsentationsgerät in Hörsälen und Konferenzräumen genutzt werden kann. Projektoren und Beamer sind groß, schwer, unhandlich und nicht mehr zeitgemäß. Die Bedienung der meisten Beamer ist veraltet und kaum digitalisiert. PRO+SOUND löst diese Schwachstellen in einem kompakten Produkt und macht das streamen von Inhalten mühelos und kabellos. Das geringe Gewicht und der kompakte Formfaktor macht die Mitnahme für unterwegs problemlos möglich.
Bauwirtschaft
(2024)
Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen.
Durch das öffentliche Baurecht werden die Zulässigkeit, die Grenzen, die Ordnung und die Förderung der baulichen Nutzung des Bodens geregelt.
Die Ausschreibung und die Vergabe sind von essenzieller Bedeutung für ein Bauvorhaben und werden deshalb in der HOAI mit zwei Leistungsphasen abgebildet: nämlich mit der Leistungsphase 6 Vorbereitung der Vergabe sowie der Leistungsphase 7 Mitwirkung bei der Vergabe. Im Zuge der Ausschreibung und der Vergabe werden die für den AG anfallenden Kosten festgelegt und bilden somit die letzte größere Stellschraube für Preiseinsparungen.
Boden, Baugrube, Verbau
(2024)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Kalkulation
(2024)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
Kein Bauvorhaben sollte realisiert werden, ohne dass es auf einer vertraglichen Grundlage zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer fußt. Diese vertragliche Grundlage zu kennen ist essenziell, um dementsprechend handeln zu können. Denn nur wer seine eigenen Rechte und auch Pflichten kennt, kann sich auf diese berufen.
This article addresses the need for an innovative technique in plasma shaping, utilizing antenna structures, Maxwell’s laws, and boundary conditions within a shielded environment. The motivation lies in exploring a novel approach to efficiently generate high-energy density plasma with potential applications across various fields. Implemented in an E01 circular cavity resonator, the proposed method involves the use of an impedance and field matching device with a coaxial connector and a specially optimized monopole antenna. This setup feeds a low-loss cavity resonator, resulting in a high-energy density air plasma with a surface temperature exceeding 3500 o C, achieved with a minimal power input of 80 W. The argon plasma, resembling the shape of a simple monopole antenna with modeled complex dielectric values, offers a more energy-efficient alternative compared to traditional, power-intensive plasma shaping methods. Simulations using a commercial electromagnetic (EM) solver validate the design’s effectiveness, while experimental validation underscores the method’s feasibility and practical implementation. Analyzing various parameters in an argon atmosphere, including hot S -parameters and plasma beam images, the results demonstrate the successful application of this technique, suggesting its potential in coating, furnace technology, fusion, and spectroscopy applications.
Biomass from various types of organic waste was tested for possible use in hydrogen production. The composition consisted of lignified samples, green waste, and kitchen scraps such as fruit and vegetable peels and leftover food. For this purpose, the enzymatic pretreatment of organic waste with a combination of five different hydrolytic enzymes (cellulase, amylase, glucoamylase, pectinase and xylase) was investigated to determine its ability to produce hydrogen (H2) with the hydrolyzate produced here. In course, the anaerobic rod-shaped bacterium T. neapolitana was used for H2 production. First, the enzymes were investigated using different substrates in preliminary experiments. Subsequently, hydrolyses were carried out using different types of organic waste. In the hydrolysis carried out here for 48 h, an increase in glucose concentration of 481% was measured for waste loads containing starch, corresponding to a glucose concentration at the end of hydrolysis of 7.5 g·L−1. In the subsequent set fermentation in serum bottles, a H2 yield of 1.26 mmol H2 was obtained in the overhead space when Terrific Broth Medium with glucose and yeast extract (TBGY medium) was used. When hydrolyzed organic waste was used, even a H2 yield of 1.37 mmol could be achieved in the overhead space. In addition, a dedicated reactor system for the anaerobic fermentation of T. neapolitana to produce H2 was developed. The bioreactor developed here can ferment anaerobically with a very low loss of produced gas. Here, after 24 h, a hydrogen concentration of 83% could be measured in the overhead space.
Wer A sagt, muss zumindest im Kaufrecht nicht immer B sagen: Es kommt nicht selten vor, dass sich in einem Kaufvertrag einerseits ein wirksamer Ausschluss der Gewährleistung des Verkäufers für Sachmängel findet, die Parteien aber andererseits gleichwohl eine Beschaffenheitsvereinbarung für bestimmte Eigenschaften vertraglich festlegen. In diesem Problemfeld führt eine aktuelle Entscheidung des BGH zu weiteren Klärungen für die Praxis (BGH, Urt. v. 10.4.2024 – VIII ZR 161/23, MDR 2024, 706). Der folgende Beitrag setzt sich mit den vielfältigen Aspekten der Entscheidung auseinander und erläutert, aus welchen Gründen der BGH dem Käufer einige goldene Brücken für einen Schadensersatzanspruch gebaut hat.
Was verbindet der Mond, die Jahreszeiten und das Weibliche dieser Erde? Das sich immerfort drehende Rad der Zyklen. In vergangenen Zeiten nutzten Frauen den Menstruationszyklus und die Weisheit der Natur als Quelle der Kraft – für kreative, emotionale, geistige und körperliche Führung durch das Leben. Dieses alte Wissen ist noch heute durch Geschichten und Mythen unserer Welt erfahrbar. Das Arbeitsbuch „Die Göttin in dir“ begleitet Leser:innen auf diesen Spuren durch die Welten der Zyklen und Rhythmen aus der Kulturhistorie, Biologie und dem indigenen Wissen. Die Ebene der Selbstreflexion in diesem Buch bietet dabei eine aktive Methode, die Nutzer:innen dazu befähigt, in die Umsetzung zu gehen und den Prozess der zyklischen Reise der Natur zu begleiten. Das Konzept des Buches zielt darauf ab, eine Verbindung zwischen der Selbsterfahrung im Kontext weiblicher Archetypen, dem Menstruationszyklus, natürlichen Rhythmen und ethnologischen Techniken herzustellen. Die Absicht ist es, die individuelle Erfahrung jeder Frau zu stärken, das Selbstvertrauen zu fördern und den Mut zur Vielfalt zu aktivieren. Es geht darum, unsere angeborene, instinktive Natur in uns wieder zu erwecken. Die Stimme der Göttin flüstert uns zu und ruft ihre Töchter. Denn die Melodie, die in dir erklingt, möchte gehört werden.
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) constantly gain in versatility. However, more reliable path planning algorithms are required until full autonomous UAV operation is possible. This work investigates the algorithm 3DVFH* and analyses its dependency on its cost function weights in 2400 environments. The analysis shows that the 3DVFH* can find a suitable path in every environment. However, a particular type of environment requires a specific choice of cost function weights. For minimal failure, probability interdependencies between the weights of the cost function have to be considered. This dependency reduces the number of control parameters and simplifies the usage of the 3DVFH*. Weights for costs associated with vertical evasion (pitch cost) and vicinity to obstacles (obstacle cost) have the highest influence on the failure probability of the local path planner. Environments with mainly very tall buildings (like large American city centres) require a preference for horizontal avoidance manoeuvres (achieved with high pitch cost weights). In contrast, environments with medium-to-low buildings (like European city centres) benefit from vertical avoidance manoeuvres (achieved with low pitch cost weights). The cost of the vicinity to obstacles also plays an essential role and must be chosen adequately for the environment. Choosing these two weights ideal is sufficient to reduce the failure probability below 10%.
Mehr als 400.000 Menschen in Deutschland sind von Parkinson betroffen, dennoch bleibt diese neurodegenerative Krankheit oft im Schatten anderer Erkrankungen. Diese Bachelorarbeit beleuchtet die Unsichtbarkeit von Parkinson im öffentlichen Raum und setzt sich für eine breitere Aufklärung ein. Durch ein neues Corporate Design der Deutschen Parkinson Gesellschaft sowie begleitende Maßnahmen wird angestrebt, Informationen über die Krankheit zu verbreiten und Einblicke in die Lebensumstände der Betroffenen zu gewähren. Dies trägt nicht nur zu einer frühzeitigen Diagnosestellung bei, sondern ermöglicht auch eine verbesserte Unterstützung für Patient:innen und ihre Angehörigen. Ein Aufruf, gemeinsam mit den Betroffenen Vorurteile zu überwinden und Parkinson sichtbar zu machen. Mit dem Ziel Parkinson irgendwann heilem zu können.
This study presents the concept of AstroBioLab, an autonomous astrobiological field laboratory tailored for the exploration of (sub)glacial habitats. AstroBioLab is an integral component of the TRIPLE (Technologies for Rapid Ice Penetration and subglacial Lake Exploration) DLR-funded project, aimed at advancing astrobiology research through the development and deployment of innovative technologies. AstroBioLab integrates diverse measurement techniques such as fluorescence microscopy, DNA sequencing and fluorescence spectrometry, while leveraging microfluidics for efficient sample delivery and preparation.
Träume hoch, klein Dani!
(2024)
"Träume hoch, klein Dani!” ist ein Pappkinderbuch mit Schieb- und Drehfunktionen für Kinder ab 3 Jahren. Diese Bachelorarbeit beinhaltet das Schreiben einer Kindergeschichte, das Gestalten der Illustrationen, das Konzeptionieren der interaktiven Funktionen und das Binden und Bauen des Buches. Gut gestaltete Kinderbücher spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Kindern. Kinderbücher fördern die Sprachentwicklung, unterstützen kritisches Denken, lehren wichtige Werte und Moral, begünstigen das Lernen der Grundlagen des Lesens und Schreibens und regen die Kreativität an. Pappbücher mit zusätzlichen interaktiven Funktionen trainieren die Hand- und Augenkoordination und damit die motorischen Fähigkeiten des Kindes. Ziel war es, ein Pappkinderbuch für junge Kinder zu gestalten, das Jung und Alt begeistert und Spaß bereitet.
OneHold ist ein kompaktes Produktsystem, welches durch die Nutzung von Modularität Multifunktionalität erreicht,
und so Mehrwert bietet, indem es die grundlegenden Aufgaben im Haushalt mit weniger benötigten Komponenten bewältigt.
So werden Teile, Raum, Kosten und Ressourcen gespart. OneHold kann in Form von mehreren Modulen flexibel gemietet
werden, um die Bedürfnisse temporär wohnender Menschen passgenau zu bedienen. Die Power-Einheit mit Elektromotor und Akku wird mit jeweils einem Modul für die zu bewältigende Haushaltsaufgabe verbunden. In dieser Bachelorarbeit wurden neben der Power-Einheit vier Module gestaltet: Staubsauger, Mixer, Pürierstab, und Akkuschrauber. Das Design von OneHold zelebriert die Achse mit rotierender Funktion als formgebenden Kern des Produkts. Die dynamisch gestreckte zylindrische Form verleiht jeder Modulkonfiguration des Produktsystems ein einheitliches Aussehen.
Magnetic nanoparticles (MNP) are investigated with great interest for biomedical applications in diagnostics (e.g. imaging: magnetic particle imaging (MPI)), therapeutics (e.g. hyperthermia: magnetic fluid hyperthermia (MFH)) and multi-purpose biosensing (e.g. magnetic immunoassays (MIA)). What all of these applications have in common is that they are based on the unique magnetic relaxation mechanisms of MNP in an alternating magnetic field (AMF). While MFH and MPI are currently the most prominent examples of biomedical applications, here we present results on the relatively new biosensing application of frequency mixing magnetic detection (FMMD) from a simulation perspective. In general, we ask how the key parameters of MNP (core size and magnetic anisotropy) affect the FMMD signal: by varying the core size, we investigate the effect of the magnetic volume per MNP; and by changing the effective magnetic anisotropy, we study the MNPs’ flexibility to leave its preferred magnetization direction. From this, we predict the most effective combination of MNP core size and magnetic anisotropy for maximum signal generation.
Humic substances possess distinctive chemical features enabling their use in many advanced applications, including biomedical fields. No chemicals in nature have the same combination of specific chemical and biological properties as humic substances. Traditional medicine and modern research have demonstrated that humic substances from different sources possess immunomodulatory and anti-inflammatory properties, which makes them suitable for the prevention and treatment of chronic dermatoses, allergic rhinitis, atopic dermatitis, and other conditions characterized by inflammatory and allergic responses [1-4]. The use of humic compounds as agentswith antifungal and antiviral properties shows great potential [5-7].
A novel method to determine the extruded length of a metallic wire for a directed energy deposition (DED) process using a microwave (MW) plasma jet with a straight-through wire feed is presented. The method is based on the relative comparison of the measured frequency response obtained by the large-signal scattering parameter (Hot-S) technique. In the practical working range, repeatability of less than 6% for a nonactive plasma and 9% for the active plasma state is found. Measurements are conducted with a focus on a simple solution to decrease the processing time and reduce the integration time of the process into the existing hardware. It is shown that monitoring a single frequency for magnitude and phase changes is sufficient to achieve good accuracy. A combination of different measurement values to determine the length is possible. The applicability to different diameter of the same material is shown as well as a contact detection of the wire and metallic substrate.
Critical quantitative evaluation of integrated health management methods for fuel cell applications
(2024)
Online fault diagnostics is a crucial consideration for fuel cell systems, particularly in mobile applications, to limit downtime and degradation, and to increase lifetime. Guided by a critical literature review, in this paper an overview of Health management systems classified in a scheme is presented, introducing commonly utilised methods to diagnose FCs in various applications. In this novel scheme, various Health management system methods are summarised and structured to provide an overview of existing systems including their associated tools. These systems are classified into four categories mainly focused on model-based and non-model-based systems. The individual methods are critically discussed when used individually or combined aimed at further understanding their functionality and suitability in different applications. Additionally, a tool is introduced to evaluate methods from each category based on the scheme presented. This tool applies the technique of matrix evaluation utilising several key parameters to identify the most appropriate methods for a given application. Based on this evaluation, the most suitable methods for each specific application are combined to build an integrated Health management system.
In this work, the effect of low air relative humidity on the operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell is investigated. An innovative method through performing in situ electrochemical impedance spectroscopy is utilised to quantify the effect of inlet air relative humidity at the cathode side on internal ionic resistances and output voltage of the fuel cell. In addition, algorithms are developed to analyse the electrochemical characteristics of the fuel cell. For the specific fuel cell stack used in this study, the membrane resistance drops by over 39 % and the cathode side charge transfer resistance decreases by 23 % after increasing the humidity from 30 % to 85 %, while the results of static operation also show an increase of ∼2.2 % in the voltage output after increasing the relative humidity from 30 % to 85 %. In dynamic operation, visible drying effects occur at < 50 % relative humidity, whereby the increase of the air side stoichiometry increases the drying effects. Furthermore, other parameters, such as hydrogen humidification, internal stack structure, and operating parameters like stoichiometry, pressure, and temperature affect the overall water balance. Therefore, the optimal humidification range must be determined by considering all these parameters to maximise the fuel cell performance and durability. The results of this study are used to develop a health management system to ensure sufficient humidification by continuously monitoring the fuel cell polarisation data and electrochemical impedance spectroscopy indicators.
Muscle function is compromised by gravitational unloading in space affecting overall musculoskeletal health. Astronauts perform daily exercise programmes to mitigate these effects but knowing which muscles to target would optimise effectiveness. Accurate inflight assessment to inform exercise programmes is critical due to lack of technologies suitable for spaceflight. Changes in mechanical properties indicate muscle health status and can be measured rapidly and non-invasively using novel technology. A hand-held MyotonPRO device enabled monitoring of muscle health for the first time in spaceflight (> 180 days). Greater/maintained stiffness indicated countermeasures were effective. Tissue stiffness was preserved in the majority of muscles (neck, shoulder, back, thigh) but Tibialis Anterior (foot lever muscle) stiffness decreased inflight vs. preflight (p < 0.0001; mean difference 149 N/m) in all 12 crewmembers. The calf muscles showed opposing effects, Gastrocnemius increasing in stiffness Soleus decreasing. Selective stiffness decrements indicate lack of preservation despite daily inflight countermeasures. This calls for more targeted exercises for lower leg muscles with vital roles as ankle joint stabilizers and in gait. Muscle stiffness is a digital biomarker for risk monitoring during future planetary explorations (Moon, Mars), for healthcare management in challenging environments or clinical disorders in people on Earth, to enable effective tailored exercise programmes.
In the context of the increasing digitalization, the Internet of Things (IoT) is seen as a technological driver through which completely new business models can emerge in the interaction of different players. Identified key players include traditional industrial companies, municipalities and telecommunications companies. The latter, by providing connectivity, ensure that small devices with tiny batteries can be connected almost anywhere and directly to the Internet. There are already many IoT use cases on the market that provide simplification for end users, such as Philips Hue Tap. In addition to business models based on connectivity, there is great potential for information-driven business models that can support or enhance existing business models. One example is the IoT use case Park and Joy, which uses sensors to connect parking spaces and inform drivers about available parking spaces in real time. Information-driven business models can be based on data generated in IoT use cases. For example, a telecommunications company can add value by deriving more decision-relevant information – called insights – from data that is used to increase decision agility. In addition, insights can be monetized. The monetization of insights can only be sustainable, if careful attention is taken and frameworks are considered. In this chapter, the concept of information-driven business models is explained and illustrated with the concrete use case Park and Joy. In addition, the benefits, risks and framework conditions are discussed.
Inhalt dieses Projektes ist die visuelle Neuinterpretation sieben traditioneller Grimm Märchen. Der Fokus liegt auf den Illustrationen, welche von den entsprechenden bestehenden Textinhalten separat begleitet werden. Dem gewählten Illustrationsstil „Pixel-Art" liegt die Intention zugrunde, gängige Darstellungsformen des Märchen-Genres aufzubrechen: visuell wird sich bewusst auf das beschränkte Auflösungsvermögen von Bildschirmen bezogen. Aufgrund des digitalen Illustrierens wird dies als Stilmittel eingesetzt. Die digitale Darstellungsform wird durch den Druckprozess der Medien in den physischen Raum übertragen und so erlebbar gemacht.
This paper presents a thermal simulation environment for moving objects on the lunar surface. The goal of the thermal simulation environment is to enable the reliable prediction of the temperature development of a given object on the lunar surface by providing the respective heat fluxes for a mission on a given travel path. The user can import any object geometry and freely define the path that the object should travel. Using the path of the object, the relevant lunar surface geometry is imported from a digital elevation model. The relevant parts of the lunar surface are determined based on distance to the defined path. A thermal model of these surface sections is generated, consisting of a porous layer on top and a denser layer below. The object is moved across the lunar surface, and its inclination is adapted depending on the slope of the terrain below it. Finally, a transient thermal analysis of the object and its environment is performed at several positions on its path and the results are visualized. The paper introduces details on the thermal modeling of the lunar surface, as well as its verification. Furthermore, the structure of the created software is presented. The robustness of the environment is verified with the help of sensitivity studies and possible improvements are presented.
Pulmonary arterial cannulation is a common and effective method for percutaneous mechanical circulatory support for concurrent right heart and respiratory failure [1]. However, limited data exists to what effect the positioning of the cannula has on the oxygen perfusion throughout the pulmonary artery (PA). This study aims to evaluate, using computational fluid dynamics (CFD), the effect of different cannula positions in the PA with respect to the oxygenation of the different branching vessels in order for an optimal cannula position to be determined. The four chosen different positions (see Fig. 1) of the cannulas are, in the lower part of the main pulmonary artery (MPA), in the MPA at the junction between the right pulmonary artery (RPA) and the left pulmonary artery (LPA), in the RPA at the first branch of the RPA and in the LPA at the first branch of the LPA.
The Inverted Rotary Pendulum: Facilitating Practical Teaching in Advanced Control Engineering
(2024)
This paper outlines a practical approach to teach control engineering principles, with an inverted rotary pendulum, serving as an illustrative example. It shows how the pendulum is embedded in an advanced course of control engineering. This approach is incorporated into a flipped-classroom concept, as well as classical teaching concepts, offering students practical experience in control engineering. In addition, the design of the pendulum is shown, using a Raspberry Pi as the target platform for Matlab Simulink. This pendulum can be used in the classroom to evaluate the controller design mentioned above. It is analysed if the use of the pendulum generates a deeper understanding of the learning contents.
Baustoffe
(2024)
In dem Projekt „caffé eccezionale for la marzocco“ wurde sich mit der Gestaltung eines interaktiven Showrooms für die renommierte Kaffeemaschinenmarke „La Marzocco“ auseinandergesetzt. Dieser Showroom befindet sich im Belgischen Viertel in Köln und bietet einen einzigartigen Einblick in die Welt des Espressos. Die Zielsetzung: nicht nur die Leidenschaft für Kaffee und sein präzises Handwerk zu teilen, sondern auch auf die dringende Notwendigkeit hinzuweisen, nachhaltige Praktiken im Kaffeeanbau zu fördern. Durch die einzigartige Gestaltung des Showrooms wurde eine Atmosphäre geschaffen, die Besucher:innen ermöglicht, die Marke sinnlich zu entdecken und kennenzulernen. Er fungiert nicht nur als Ausstellungsraum für Kaffeemaschinen, sondern auch als Plattform, die die Besuche:innen auf eine interaktive Erlebnisreise durch die Welt des Kaffees führt.
Many important properties of bacterial cellulose (BC), such as moisture absorption capacity, elasticity and tensile strength, largely depend on its structure. This paper presents a study on the effect of the drying method on BC films produced by Medusomyces gisevii using two different procedures: room temperature drying (RT, (24 ± 2 °C, humidity 65 ± 1%, dried until a constant weight was reached) and freeze-drying (FD, treated at − 75 °C for 48 h). BC was synthesized using one of two different carbon sources—either glucose or sucrose. Structural differences in the obtained BC films were evaluated using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction. Macroscopically, the RT samples appeared semi-transparent and smooth, whereas the FD group exhibited an opaque white color and sponge-like structure. SEM examination showed denser packing of fibrils in FD samples while RT-samples displayed smaller average fiber diameter, lower surface roughness and less porosity. AFM confirmed the SEM observations and showed that the FD material exhibited a more branched structure and a higher surface roughness. The samples cultivated in a glucose-containing nutrient medium, generally displayed a straight and ordered shape of fibrils compared to the sucrose-derived BC, characterized by a rougher and wavier structure. The BC films dried under different conditions showed distinctly different crystallinity degrees, whereas the carbon source in the culture medium was found to have a relatively small effect on the BC crystallinity.
Harte Arbeit, Hunger, Unterkühlung und Ungewissheit – dies war der normale Alltag der Trudarmee im 2. Weltkrieg. Ekatharina, eine deutsche Sowjetbürgerin, wurde wie viele andere gegen ihren Willen in diese Armee eingezogen. Die Bachelorarbeit „Ekatharina – Leben in der Trudarmee“ behandelt den Lebensabschnitt einer Überlebenden, der Urgroßmutter der Autorin, in Form eines Graphic Novels. In der Trudarmee, auch Arbeitsarmee genannt, musste sie unter schweren Bedingungen Zwangsarbeit verrichten, wie arbeiten in der Schmiede, Bäume fällen oder Stämme schleppen. Das Projekt soll nicht nur die Erinnerungen und das kulturelle Gut bewahren, es soll auch die Familiengeschichte erforschen, die Vergangenheit verständlich gestalten und die beteiligten Personen in Ehren halten.
Blue in Green
(2024)
Porträts sind allgegenwärtig und begegnen uns täglich in den verschiedensten Formen und an den verschiedensten Orten. Sie sind zu einem nicht unbedeutenden Aspekt unseres kulturellen und sozialen Lebens geworden. Die Fotografie verspricht dabei eine unverfälschte Wiedergabe der Realität. Das Porträt fungiert an vielen Stellen sogar als Stellvertreter der abgebildeten Person. Es entsteht eine gewisse parasoziale Vertrautheit zur Abbildung. Allerdings birgt der Prozess des Porträtierens zahlreiche Herausforderungen und Beschränkungen: Störfaktoren, technischer sowie psychologischer Natur, beeinflussen die Diskrepanz zwischen einer Person und ihrer Abbildung erheblich. „Blue in Green“ ist ein installativer Raum, welcher die Rezipient*innen mit besagten Störfaktoren konfrontiert, die Vertrautheit mit der Abbildung bricht und so zu einer Auseinandersetzung mit Porträts aus möglichst vielen verschiedenen Perspektiven provoziert.
Optimierte Schnittmuster in Kleinunternehmen : Konzept zur Branchenverschiebung in der Modeindustrie
(2024)
Die vorliegende Arbeit widmet sich Herangehensweisen, die dem Fast-Fashion-Phänomen – einem Trend in der Bekleidungsindustrie, der sich durch immer schnellere Produktion, kürzere Produktlebenszyklen und kostengünstigere Massenproduktion auszeichnet, entgegenstehen. Die alternative Herangehensweise orientiert sich am Berufsbild des Maßschneiders. Ein Lasercutter, der für den Arbeitsalltag von Kleinunternehmen in der Kleidungsbranche optimiert ist, übernimmt das Ausschneiden von Schnittmustern auf Stoffen. Dies ermöglicht Unternehmen in der digitalisierten Welt konkurrenzfähig zu bleiben, ohne große Aufrüstungsarbeiten.
This paper investigates the interior transmission problem for homogeneous media via eigenvalue trajectories parameterized by the magnitude of the refractive index. In the case that the scatterer is the unit disk, we prove that there is a one-to-one correspondence between complex-valued interior transmission eigenvalue trajectories and Dirichlet eigenvalues of the Laplacian which turn out to be exactly the trajectorial limit points as the refractive index tends to infinity. For general simply-connected scatterers in two or three dimensions, a corresponding relation is still open, but further theoretical results and numerical studies indicate a similar connection.
Die Energiewende wird häufig als „nachhaltig“ bezeichnet, das genaue Begriffsverständnis
bleibt jedoch vage. Diese Transformation von fossilen und nuklearen hin zu erneuerbaren
Energiequellen steht im Fokus der Treibhausgasneutralität. So soll dem fortschreitenden
Klimawandel entgegengetreten werden.
Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Definition eines möglichen Verständnisses von
„Nachhaltigkeit“ in der Energiewende des deutschen Stromsektors. Die leitenden
Forschungsfragen lauten: Was kann im Zusammenhang mit der Energiewende im
Stromsektor Deutschlands unter Nachhaltigkeit verstanden werden? Inwieweit unterscheidet
sich dieses Verständnis von der bisherigen Herangehensweise?
Die Datenbasis zur Beantwortung dieser liefern sechs leitfadengestützte
Expert:inneninterviews. Als Analysemethode dient die inhaltliche Strukturierung nach
Mayring (2015).
Die qualitative Studie hat gezeigt, dass eine nachhaltige Energiewende den Menschen und
die Natur zentralisiert. Weiter aufgeschlüsselt stehen die drei Nachhaltigkeitsdimensionen
und die Generationengerechtigkeit. Dabei dient die ökonomische Dimension der sozialen
und ökologischen. Wichtig sind die Inklusion und Beteiligung von Bevölkerung,
Unternehmen und Politik. Gleichzeitig ist sie Herausforderung und Chance für einen
positiven gesellschaftlichen Wandel. Technisch dienen Windenergie- und
Photovoltaikanlagen als Energielieferanten und Wasserstoffsysteme als Zwischenspeicher,
Stabilitätssicherung und zur Kopplung der Sektoren. Damit ist Nachhaltigkeit die Chance,
die Energiewende richtig zu gestalten und damit über Klimaneutralität hinauszugehen
New insights into the influence of pre-culture on robust solvent production of C. acetobutylicum
(2024)
Clostridia are known for their solvent production, especially the production of butanol. Concerning the projected depletion of fossil fuels, this is of great interest. The cultivation of clostridia is known to be challenging, and it is difficult to achieve reproducible results and robust processes. However, existing publications usually concentrate on the cultivation conditions of the main culture. In this paper, the influence of cryo-conservation and pre-culture on growth and solvent production in the resulting main cultivation are examined. A protocol was developed that leads to reproducible cultivations of Clostridium acetobutylicum. Detailed investigation of the cell conservation in cryo-cultures ensured reliable cell growth in the pre-culture. Moreover, a reason for the acid crash in the main culture was found, based on the cultivation conditions of the pre-culture. The critical parameter to avoid the acid crash and accomplish the shift to the solventogenesis of clostridia is the metabolic phase in which the cells of the pre-culture were at the time of inoculation of the main culture; this depends on the cultivation time of the pre-culture. Using cells from the exponential growth phase to inoculate the main culture leads to an acid crash. To achieve the solventogenic phase with butanol production, the inoculum should consist of older cells which are in the stationary growth phase. Considering these parameters, which affect the entire cultivation process, reproducible results and reliable solvent production are ensured.
Tracking healthy habits : Digitale Anwendung zur Förderung von gesunder
Ernährung und Verhalten
(2024)
"Tracking healthy habits" ist eine App, die darauf abzielt, gesündere Essgewohnheiten und mehr Bewegung zu fördern, indem sie verschiedene messbare Metriken erfasst. Die Anwendung legt einen besonderen Schwerpunkt auf das Verfolgen von Kalorien, um Nutzer:innen dabei zu helfen, ihre tägliche Kalorienaufnahme zu kontrollieren und ein besseres Verständnis für Lebensmittel zu entwickeln. Ein übermäßiger Konsum ungesunder Lebensmittel und Bewegungsmangel können sich negativ auf den geistigen und körperlichen Zustand auswirken. Daher unterstützt diese App Nutzer:innen dabei, gesündere Gewohnheiten zu entwickeln und Disziplin zu fördern. Die Hauptziele von "Tracking Healthy Habits" sind die Förderung gesünderer Essgewohnheiten, die Unterstützung langfristiger Verhaltensänderungen durch kontinuierliches Monitoring und die Verbesserung der körperlichen sowie geistigen Gesundheit.
Lifting propellers are of increasing interest for Advanced Air Mobility. All propellers and rotors are initially twisted beams, showing significant extension–twist coupling and centrifugal twisting. Torsional deformations severely impact aerodynamic performance. This paper presents a novel approach to assess different reasons for torsional deformations. A reduced-order model runs large parameter sweeps with algebraic formulations and numerical solution procedures. Generic beams represent three different propeller types for General Aviation, Commercial Aviation, and Advanced Air Mobility. Simulations include solid and hollow cross-sections made of aluminum, steel, and carbon fiber-reinforced polymer. The investigation shows that centrifugal twisting moments depend on both the elastic and initial twist. The determination of the centrifugal twisting moment solely based on the initial twist suffers from errors exceeding 5% in some cases. The nonlinear parts of the torsional rigidity do not significantly impact the overall torsional rigidity for the investigated propeller types. The extension–twist coupling related to the initial and elastic twist in combination with tension forces significantly impacts the net cross-sectional torsional loads. While the increase in torsional stiffness due to initial twist contributes to the overall stiffness for General and Commercial Aviation propellers, its contribution to the lift propeller’s stiffness is limited. The paper closes with the presentation of approximations for each effect identified as significant. Numerical evaluations are necessary to determine each effect for inhomogeneous cross-sections made of anisotropic material.
Das Bachelorprojekt „Identity, Inside a Simulation“ ist eine experimentelle, fotografische Auseinandersetzung mit dem Thema Identität. In einer sich ständig weiter digitalisierenden Welt werden neue Arten der Kommunikation, auch zwischen Mensch und Maschine, ermöglicht. Diese lassen die Grenzen zwischen Realität und Simulation verschwimmen. In diesem Projekt ist die moderne Frage nach Identität mit dem aktuellen Mittel KI auf neue Darstellungsmöglichkeiten analysiert worden. Eine Arbeit, die der Frage nachgeht, wie Identität innerhalb einer simulierten Welt verstanden werden kann. Dabei werden Parallelen zu der realen Welt aufgewiesen. Visuell eröffnet die Ausstellung eine neue Sichtweise für die Nutzung aktueller Technologien und das Verständnis von der eigenen Identität.
Durch die Einführung von Building Information Modeling (BIM) sowohl projektspezifisch als auch in ganze Unternehmungen hat die Baubranche einen weitreichenden Veränderungsprozess angestoßen.
Building Information Modeling kann als eine Methode angesehen werden, um die Informationsasymmetrien zwischen den Projektbeteiligten so gering wie möglich zu halten.
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich der Rückgang der biologischen Vielfalt aufgrund menschlicher Aktivitäten dramatisch beschleunigt. Die dramatische Abnahme wirkt sich enorm auf unsere allgemeine Nahrungsversorgung und die Gesundheit unseres Planeten aus.
Das Ziel von „Bloomi“ ist es, den Nutzer über die Wichtigkeit der Biodiversität aufzuklären und zur Schaffung von essenziellen Lebensräumen für die Arten anzuregen. Der Fokus liegt dabei auf der Gestaltung und Pflege von insekten-, tier- und pflanzenfreundlichen Gärten, Balkonen und städtischen Freiflächen. „Bloomi“ bietet dazu umfassende Informationen und Anleitungen. Außerdem kann der Nutzer nicht nur alleine, sondern auch in der Gemeinschaft gärtnern und sich über die Plattform organisieren, austauschen und inspirieren lassen.