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Because of simple construction process, high energy efficiency, significant fire resistance and excellent sound isolation, masonry infilled reinforced concrete (RC) frame structures are very popular in most of the countries in the world, as well as in seismic active areas. However, many RC frame structures with masonry infills were seriously damaged during earthquake events, as the traditional infills are generally constructed with direct contact to the RC frame which brings undesirable infill/frame interaction. This interaction leads to the activation of the equivalent diagonal strut in the infill panel, due to the RC frame deformation, and combined with seismically induced loads perpendicular to the infill panel often causes total collapses of the masonry infills and heavy damages to the RC frames. This fact was the motivation for developing different approaches for improving the behaviour of masonry infills, where infill isolation (decoupling) from the frame has been more intensively studied in the last decade. In-plane isolation of the infill wall reduces infill activation, but causes the need for additional measures to restrain out-of-plane movements. This can be provided by installing steel anchors, as proposed by some researchers. Within the framework of European research project INSYSME (Innovative Systems for Earthquake Resistant Masonry Enclosures in Reinforced Concrete Buildings) the system based on a use of elastomers for in-plane decoupling and steel anchors for out-of-plane restrain was tested. This constructive solution was tested and deeply investigated during the experimental campaign where traditional and decoupled masonry infilled RC frames with anchors were subjected to separate and combined in-plane and out-of-plane loading. Based on a detailed evaluation and comparison of the test results, the performance and effectiveness of the developed system are illustrated.
FEM shakedown analysis of structures under random strength with chance constrained programming
(2022)
Direct methods, comprising limit and shakedown analysis, are a branch of computational mechanics. They play a significant role in mechanical and civil engineering design. The concept of direct methods aims to determine the ultimate load carrying capacity of structures beyond the elastic range. In practical problems, the direct methods lead to nonlinear convex optimization problems with a large number of variables and constraints. If strength and loading are random quantities, the shakedown analysis can be formulated as stochastic programming problem. In this paper, a method called chance constrained programming is presented, which is an effective method of stochastic programming to solve shakedown analysis problems under random conditions of strength. In this study, the loading is deterministic, and the strength is a normally or lognormally distributed variable.
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
A capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EISCAP) biosensor modified with Tobacco mosaic virus (TMV) particles for the detection of acetoin is presented. The enzyme acetoin reductase (AR) was immobilized on the surface of the EISCAP using TMV particles as nanoscaffolds. The study focused on the optimization of the TMV-assisted AR immobilization on the Ta 2 O 5 -gate EISCAP surface. The TMV-assisted acetoin EISCAPs were electrochemically characterized by means of leakage-current, capacitance-voltage, and constant-capacitance measurements. The TMV-modified transducer surface was studied via scanning electron microscopy.
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.
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.
Seit 2002 ist der Tierschutz fest im Grundgesetz verankert, jedoch herrscht immer noch ein enormes Ungleichgewicht bei der letztendlichen Durchsetzung gegenüber der Tiernutzungsinteressen. Die Nichteinhaltung des Tierschutzes stellt nicht nur aus Tierwohlsicht, sondern auch aus Klimaschutzgründen eine ernst zu nehmende Problematik dar, welche wir nur gemeinsam angehen können. Die Gesellschaft sollte sich über das eigene Konsumverhalten bewusst werden, gleichermaßen müssen auch überzeugende Alternativen aufgezeigt werden. Thematisch ist die Arbeit in drei Teile gegliedert. Die Geschichte, das Recht der Tiere und die Zukunftsaussichten stehen hier im Fokus. Wichtig ist es, den Istzustand neutral darzustellen, um die Fakten nicht zu harmonisieren. Die Publikation soll nicht abschrecken, vielmehr soll sie die Leser:innen motivieren, Dinge ändern zu wollen. Denn nur miteinander können wir friedlich „koexistieren“.
"Die Bachelorarbeit “Music of the Spheres” soll wissenschaftliche und künstlerische Elemente zum Thema “Klang der Planeten” in Form einer populärwissenschaftlichen Publikation versammeln. Seit Beginn der Menschheit fasziniert uns der Blick in den nächtlichen Sternenhimmel. Einher geht die Sehnsucht des Unbekannten, die unsere Fantasie beflügelt. Als auf die Erde gebundenen Lebewesens treibt uns der Drang, mehr über das Universum da draußen herauszufinden. Dieses Spannungsfeld zwischen Wissensdrang und Fantasie ist eine interessante Grundlage für die geplante Bachelorarbeit.
In der Bachelorarbeit sollen unsere Emotionen mit wissenschaftlichen Erkenntnissen verbunden werden. Für das menschliche Ohr ist die Klangwelt des Weltalls, verursacht durch die sich bewegenden Planeten, ohne Hilfsmittel nicht hörbar. Nach unseren bekannten physikalischen Erkenntnissen ist es im Weltraum komplett still, aufgrund des im All vorherrschenden Vakuums. Der Schall kann sich nicht wie auf der Erde über Schallwellen ausbreiten. In der Publikation soll der Klang der Planeten beschrieben bzw. dargestellt werden. Die wissenschaftshistorische Dimension soll aufgezeigt werden. So hat man sich zum Beispiel in der Antike musikalische und lyrische Bilder davon gemacht, wie sich der Klang des Weltalls und der Planeten anhören könnte. Weiterhin faszinierte diese Frage Künstler unterschiedlicher Epochen und Stilrichtungen, und ist bis heute ein Thema das Anlaß zu künstlerischem Schaffen gibt.
In Form einer Printpublikation soll die Bachelorarbeit historische Thesen und aktuelle wissenschaftliche Texte, Forschungsberichte und Klangdokumente zusammenbringen, literarische und musikalische Umsetzungen zum Thema aufzeigen, und mit wissenschaftlichem und künstlerisch-interpretativem Bildmaterial vereinen.
Um das Thema visuell zu veranschaulichen, sollen die Texte durch Bilder und Siebdrucke ergänzt werden. Selbst erstellte Siebdruck Experimente könnten mit- und ineinander verknüpft werden. Die Publikation weißt ein durchgehendes Gestaltungskonzept auf, welches Texte, Illustrationen und Bildmaterial als Einheit verknüpfen und wiedererkennbar machen. Ebenfalls ist die Auswahl der verwendeten Materialien und Verarbeitungstechniken, wie Druck, Bindung und Papier zu beachten. Neben dem Text- und Bildmaterial werden Klang-Beispiele eingebunden durch QR Codes. So kann der Leser den QR Code der Siebdrucke scannen, um den von der US-Weltraumorganisation NASA erstellten Klang des Planeten anzuhören. Oder ausgehend von wissenschaftlichem Bildmaterial kann der Leser per Scan eine musikalische Partition zum entsprechenden Planeten anhören.
Die angestrebte Zielgruppe besteht aus Wissenschafts- und Designaffinen Personen, die sich insbesondere für den Weltraum interessieren. Entsprechend soll die Gestaltung informativ und gleichzeitig zeitgenössisch sein, um Aufmerksamkeit zu erregen. Mit dem Inhalt der Publikation soll dem Leser gleichzeitig auch der Klang der Planeten hörbar zugänglich gemacht werden.
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.
Migration und Integration sind weltweit zwei allseits aktuelle Themen. Umso wichtiger ist es, die Ankunft und Integration von Migrant:innen und Geflüchteten so anschaulich wie nur möglich zu gestalten. Die Zielsetzung der Arbeit „Cai – Your guide through Germany“ ist es eine digitale Anwendung in Form einer App zu konzipieren, die Geflüchtete und Migrant:innen in Deutschland während des Migrations- und Integrationsprozesses unterstützt. Dies gelingt durch das strukturierte und themenspezifische Herantragen von notwendigen Informationen, Organisation sowie Selbsthilfeangeboten an die unterschiedlichen Zielgruppen. Unter der Berücksichtigung des Migrationsgrundes und des Standortes wird eine Ausgangssituation geschaffen mit individuellen Bedürfnissen und Fragen, die es zu beantworten gilt. Während Nutzer:innen durch „Cai“ digital, selbstständig und schnell an Informationen gelangen, werden gleichzeitig Behörden und Anlaufstellen sowie ihre Leistungen und Schwerpunkte aufgeführt, die Betroffene bei weiteren Anliegen aufsuchen können, um Unterstützung zu erhalten. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit fokussiert sich das Projekt auf die Migrationsgruppe der Geflüchteten sowie ihre Fragen, Herausforderungen und Bedürfnisse in Deutschland.
"THE DISTANCE" ist ein fiktionaler, dystopischer Kurzfilm, welcher sich mit dem Leben in einem diktatorischen Polizeistaat auseinandersetzt. Jegliche Art von Aufstand oder negativer Äußerung dem Staat gegenüber ist untersagt und wird hoch bestraft. Ziel dieser Arbeit ist es, die Zuschauer:innen zum Denken und zum Hinterfragen gesellschaftlicher Strukturen anzuregen. Durch passende Kostüme, Locations und Set-Design entsteht eine düstere und unbehagliche Atmosphäre. Die passende Musik und das Sounddesign unterstützen diese Atmosphäre und geben den Zuschauer:innen einen guten Einblick in diese neue Welt. Zuletzt stellt sich die Frage, ob Dystopien überhaupt noch fiktional sind oder doch schon zu unserer Realität geworden sind.
Concentrating solar power
(2022)
The focus of this chapter is the production of power and the use of the heat produced from concentrated solar thermal power (CSP) systems.
The chapter starts with the general theoretical principles of concentrating systems including the description of the concentration ratio, the energy and mass balance. The power conversion systems is the main part where solar-only operation and the increase in operational hours.
Solar-only operation include the use of steam turbines, gas turbines, organic Rankine cycles and solar dishes. The operational hours can be increased with hybridization and with storage.
Another important topic is the cogeneration where solar cooling, desalination and of heat usage is described.
Many examples of commercial CSP power plants as well as research facilities from the past as well as current installed and in operation are described in detail.
The chapter closes with economic and environmental aspects and with the future potential of the development of CSP around the world.
[NON]HUMAN
(2022)
"[NON]HUMAN“ ist ein 3D-animierter Kurzfilm, der in einer Zombieapokalypse spielt und sich mit dem Thema der Menschlichkeit befasst. Welche Taten können gerechtfertigt werden und welche nicht? Die Handlungsmöglichkeiten der Menschen im Zuge des Ausbruchs eines neuen Virus werfen viele moralische Fragen auf, mit denen zwischen den Zeilen gerungen wird. Denn in diesem Film bestimmen sie Leben und Tod.
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine simple Geschichte spannend zu erzählen, indem das Publikum durch eindrucksstarke Bilder gefesselt wird. Dabei eröffnen 3D-Animationen neue Möglichkeiten, die insbesondere in den Aufnahmen der zerstörten Stadt zur Geltung kommen. Diese Arbeit zeigt spielerisch, wie sich mit etwas technischem Know-How auch ohne großem Budget hochwertige Filme drehen lässt, indem man das Potential smart ausschöpft.
Next Generation Manufacturing promises significant improvements in performance, productivity, and value creation. In addition to the desired and projected improvements regarding the planning, production, and usage cycles of products, this digital transformation will have a huge impact on work, workers, and workplace design. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these changes, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the organization dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we highlight seven areas in which the digital transformation of production will change how we work, how we organize the work within a company, how we evaluate these changes, and how employment and labor rights will be affected across company boundaries. The experts are unsure whether the use of collaborative robots in factories will replace traditional robots by 2030. They believe that the use of hybrid intelligence will supplement human decision-making processes in production environments. Furthermore, they predict that artificial intelligence will lead to changes in management processes, leadership, and the elimination of hierarchies. However, to ensure that social and normative aspects are incorporated into the AI algorithms, restricting measurement of individual performance will be necessary. Additionally, AI-based decision support can significantly contribute toward new, socially accepted modes of leadership. Finally, the experts believe that there will be a reduction in the workforce by the year 2030.
Die Facetten Hamburgs
(2022)
Im Rahmen dieser Masterarbeit entsteht ein neues Erscheinungsbild für die "Stiftung Historische Museen Hamburg". Dabei wurde ein medienübergreifendes Gestaltungskonzept entwickelt, welches dazu dienen soll, die Stiftung und deren musealen Einrichtungen modern, aussagekräftig und repräsentativ neu aufleben zu lassen, als auch das Interesse unserer Gesellschaft für Kunst, Kultur und Geschichte zu wecken und damit die Zielgruppe zu erweitern. Hierzu wurde das Corporate Design neu entwickelt, minimalisiert und modernisiert. Durch den aufgeräumten und organisierten digitalen Auftritt gelangen Interessenten schneller und gezielter zu Informationen über die Stiftung, die einzelnen Museen und deren Programm und Ausstellungen. Zusätzlich dienen als weiterführende Informationsquellen neu getslatete analoge Medien in Form von Plakaten, Flyern, Broschüren und Eintrittskarten. Weitestgehend wurde das Corporate Design in den urbanen Lebensraum der Stadt Hamburg integriert und neu interpretiert. Aus dem Gestaltungskonzept lässt sich ebenfalls ein neues Leitsystem zur besseren Orientierung in den Museen ableiten. Das Designkonzept zieht sich wie ein roter Faden durch alle Medien, um eine Einheit und einen Wiedererkennungswert zu schaffen und seriös und informativ zu wirken. Das Projekt ist rein fiktiv.
Upcoming gasoline engines should run with a larger number of fuels beginning from petrol over methanol up to gas by a wide range of compression ratios and a homogeneous charge. In this article, the microwave (MW) spark plug, based on a high-speed frequency hopping system, is introduced as a solution, which can support a nitrogen compression ratio up to 1:39 in a chamber and more. First, an overview of the high-speed frequency hopping MW ignition and operation system as well as the large number of applications are presented. Both gives an understanding of this new base technology for MW plasma generation. Focus of the theoretical part is the explanation of the internal construction of the spark plug, on the achievable of the high voltage generation as well as the high efficiency to hold the plasma. In detail, the development process starting with circuit simulations and ending with the numerical multiphysics field simulations is described. The concept is evaluated with a reference prototype covering the frequency range between 2.40 and 2.48 GHz and working over a large power range from 20 to 200 W. A larger number of different measurements starting by vector hot-S11 measurements and ending by combined working scenarios out of hot temperature, high pressure and charge motion are winding up the article. The limits for the successful pressure tests were given by the pressure chamber. Pressures ranged from 1 to 39 bar and charge motion up to 25 m/s as well as temperatures from 30◦ to 125◦.
Gastronomiebetriebe, insbesondere diese ohne zeitgemäße und durchdachte Konzepte wurden durch die Pandemie stark getroffen. Während große Fast-Food-Ketten bereits vor der Pandemie digitale Lösungen einsetzten, stehen nun auch andere Restaurantbetreiber:innen vor der Herausforderung der Digitalisierung. Gerade die Pandemie hat an dieser Stelle verdeutlicht, welche Restaurants ihre Prozesse im Sinne der User Experience durchdacht haben und welche nicht. Die Tisch-Stuhl-Kombination der „SUE“-Serie bietet Restaurants, smarte und elegante Gastronomiemöbel, die je nach Konzept in Materialität und Farbe frei anpassbar sind. Wandelbarkeit, Komfort und die Integration digitaler Lösungen sind die Kernkompetenzen und Anforderungen, die das Gastronomie-Interior in Zukunft erfüllen muss. Der smarte Bistrotisch und der wandelbare Stuhl der „SUE“-Serie zeigt einen digitalisierten und anpassbaren Lösungsansatz.
Kindertagesstätten bieten Kleinkindern den Zugang zu unbeschwertem und spielerischem Lernen. Was also, wenn schon der Eingangsbereich die Reizüberflutung bereit hält, der Stauraum der Entfaltung der Kinder nicht gerecht wird und ihre Eigenständigkeit ungefördert bleibt? Es kommt zu unzufriedenen Kindern und Frustration aller Beteilligten. "KIWA" ist das Garderobensystem für Kinder zur Stärkung der heranwachsenden Selbstständigkeit. Mithilfe von persönlichen Wiedererkennungsmerkmalen wird Eigenverantwortung geschult. Leicht und sicher zu erreichender Stauraum sorgt für Ordnung. Spielerisches lernen trotz Ordnung.
NMR standardization approach that uses the 2H integral of deuterated solvent for quantitative multinuclear analysis of pharmaceuticals is described. As a proof of principle, the existing NMR procedure for the analysis of heparin products according to US Pharmacopeia monograph is extended to the determination of Na+ and Cl- content in this matrix. Quantification is performed based on the ratio of a 23Na (35Cl) NMR integral and 2H NMR signal of deuterated solvent, D2O, acquired using the specific spectrometer hardware. As an alternative, the possibility of 133Cs standardization using the addition of Cs2CO3 stock solution is shown. Validation characteristics (linearity, repeatability, sensitivity) are evaluated. A holistic NMR profiling of heparin products can now also be used for the quantitative determination of inorganic compounds in a single analytical run using a single sample. In general, the new standardization methodology provides an appealing alternative for the NMR screening of inorganic and organic components in pharmaceutical products.
Biomedical applications of magnetic nanoparticles (MNP) fundamentally rely on the particles’ magnetic relaxation as a response to an alternating magnetic field. The magnetic relaxation complexly depends on the interplay of MNP magnetic and physical properties with the applied field parameters. It is commonly accepted that particle core size is a major contributor to signal generation in all the above applications, however, most MNP samples comprise broad distribution spanning nm and more. Therefore, precise knowledge of the exact contribution of individual core sizes to signal generation is desired for optimal MNP design generally for each application. Specifically, we present a magnetic relaxation simulation-driven analysis of experimental frequency mixing magnetic detection (FMMD) for biosensing to quantify the contributions of individual core size fractions towards signal generation. Applying our method to two different experimental MNP systems, we found the most dominant contributions from approx. 20 nm sized particles in the two independent MNP systems. Additional comparison between freely suspended and immobilized MNP also reveals insight in the MNP microstructure, allowing to use FMMD for MNP characterization, as well as to further fine-tune its applicability in biosensing.
Sportvereine verlieren zunehmend Mitglieder. Grund dafür ist der wachsende Wunsch nach unabhängigen Trainingsmöglichkeiten. GYMLET bietet den Sportler:innen die Möglichkeit, ihre Fitness funktional, selbstorganisiert und unabhängig zu trainieren. Dabei kann durch den selbstbestimmten Trainingsort neben der körperlichen Fitness vor allem die Motivation zur sportlichen Aktivität und das Wohlbefinden gesteigert werden. Unterstützt wird das Trainingssystem durch eine App, welche den Sportler:innen neben Nutzungsmöglichkeiten als Coach und Trainingsplaner dient. Um diese Trainingsmöglichkeit an die Zielgruppe heranzutragen, ist eine Kampagnenstrategie aus zwei Phasen entstanden. In dieser sollen Postings und Clips über Instagram und Youtube veröffentlicht werden. Zusätzlich werden Zeitschriften und mögliche Kooperationen mit Therapeuten oder Freizeitunterkünften zur Veröffentlichung der Kampagne genutzt.
Blind – invisible connection : ein Spiel zur kritischen
Auseinandersetzung mit den sozialen Medien.
(2022)
Im Computerspiel „blind – invisible connection“ taucht der Spieler in eine Fantasiewelt ein, die die sozialen Medien widerspiegelt und von einer Maschine beherrscht wird. Um zu erfahren, was in dieser Welt geschehen ist, muss die Geschichte Schritt für Schritt erspielt und wie ein Puzzle zusammengesetzt werden. Dabei interagieren die Spieler:innen mittels Dialogen mit den Bewohner:innen der Fantasiewelt und lösen Rätsel, die die Geschichte enthüllen. Durch Analogien zwischen der Fantasiewelt und den sozialen Medien wird die Funktionsweise und der Einfluss der Plattformen auf die Menschen und die Gesellschaft verdeutlicht. So wird eine Reflexion des eigenen Umgangs mit den sozialen Medien angeregt und Gesprächsstoff für Diskussionen unter den Spieler:innen und Mitmenschen geliefert.
Analysis and computation of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition
(2022)
We provide a new analytical and computational study of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition. These eigenvalues are derived from the scalar inverse scattering problem for an inhomogeneous material with a conductive boundary condition. The goal is to study how these eigenvalues depend on the material parameters in order to estimate the refractive index. The analytical questions we study are: deriving Faber–Krahn type lower bounds, the discreteness and limiting behavior of the transmission eigenvalues as the conductivity tends to infinity for a sign changing contrast. We also provide a numerical study of a new boundary integral equation for computing the eigenvalues. Lastly, using the limiting behavior we will numerically estimate the refractive index from the eigenvalues provided the conductivity is sufficiently large but unknown.
Am Lehr- und Forschungsgebiet Holzbau der Fachhochschule Aachen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens „Nachhaltige Standardbrücken in Holzbauweise“ Standardtypen für Geh- und Radwegbrücken entwickelt. Die Brücken sind durch konsequente Umsetzungen von Maßnahmen des konstruktiven Holzschutzes für eine Nutzung von mehr als 80~Jahren konzipiert. Innovative Lösungen für Bauteile und Anschlüsse sowie Materialalternativen im Bereich des Belages und der Geländer ermöglichen eine wartungsarme Konstruktion und tragen somit zur Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit bei.
Um den Einsatz der entwickelten Standardbrückentypen in der Praxis zu erleichtern, wurden Leistungsverzeichnisse, Musterstatiken, Musterzeichnungen und umfangreiche Detailkataloge als Unterstützung für Planer und Bauherren erstellt. Damit die Randbedingungen für eine lange Lebensdauer während der Nutzung der Brücke erhalten bleiben, wurden Leitfäden für die Pflege und Wartung sowie für die Brückenprüfung erarbeitet. Der Beitrag gibt Einblicke in das Forschungsvorhaben und seine Resultate.
Auch in der allgemeinen Luftfahrt wäre es wünschenswert, die bereits vorhandenen Verbrennungsmotoren mit weniger CO₂-trächtigen Kraftstoffen als dem heute weit verbreiteten Avgas 100LL betreiben zu können. Es ist anzunehmen, dass im Vergleich die unter Normalbedingungen gasförmigen Kraftstoffe CNG, LPG oder LNG deutlich weniger Emissionen produzieren. Erforderliche Antriebssystemanpassungen wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts an der FH Aachen untersucht.
Utilizing an appropriate enzyme immobilization strategy is crucial for designing enzyme-based biosensors. Plant virus-like particles represent ideal nanoscaffolds for an extremely dense and precise immobilization of enzymes, due to their regular shape, high surface-to-volume ratio and high density of surface binding sites. In the present work, tobacco mosaic virus (TMV) particles were applied for the co-immobilization of penicillinase and urease onto the gate surface of a field-effect electrolyte-insulator-semiconductor capacitor (EISCAP) with a p-Si-SiO₂-Ta₂O₅ layer structure for the sequential detection of penicillin and urea. The TMV-assisted bi-enzyme EISCAP biosensor exhibited a high urea and penicillin sensitivity of 54 and 85 mV/dec, respectively, in the concentration range of 0.1–3 mM. For comparison, the characteristics of single-enzyme EISCAP biosensors modified with TMV particles immobilized with either penicillinase or urease were also investigated. The surface morphology of the TMV-modified Ta₂O₅-gate was analyzed by scanning electron microscopy. Additionally, the bi-enzyme EISCAP was applied to mimic an XOR (Exclusive OR) enzyme logic gate.
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.
An alternative method is presented to numerically compute interior elastic transmission eigenvalues for various domains in two dimensions. This is achieved by discretizing the resulting system of boundary integral equations in combination with a nonlinear eigenvalue solver. Numerical results are given to show that this new approach can provide better results than the finite element method when dealing with general domains.
Frequency mixing magnetic detection (FMMD) has been explored for its applications in fields of magnetic biosensing, multiplex detection of magnetic nanoparticles (MNP) and the determination of core size distribution of MNP samples. Such applications rely on the application of a static offset magnetic field, which is generated traditionally with an electromagnet. Such a setup requires a current source, as well as passive or active cooling strategies, which directly sets a limitation based on the portability aspect that is desired for point of care (POC) monitoring applications. In this work, a measurement head is introduced that involves the utilization of two ring-shaped permanent magnets to generate a static offset magnetic field. A steel cylinder in the ring bores homogenizes the field. By variation of the distance between the ring magnets and of the thickness of the steel cylinder, the magnitude of the magnetic field at the sample position can be adjusted. Furthermore, the measurement setup is compared to the electromagnet offset module based on measured signals and temperature behavior.
The subtilase family (S8), a member of the clan SB of serine proteases are ubiquitous in all kingdoms of life and fulfil different physiological functions. Subtilases are divided in several groups and especially subtilisins are of interest as they are used in various industrial sectors. Therefore, we searched for new subtilisin sequences of the family Bacillaceae using a data mining approach. The obtained 1,400 sequences were phylogenetically classified in the context of the subtilase family. This required an updated comprehensive overview of the different groups within this family. To fill this gap, we conducted a phylogenetic survey of the S8 family with characterised holotypes derived from the MEROPS database. The analysis revealed the presence of eight previously uncharacterised groups and 13 subgroups within the S8 family. The sequences that emerged from the data mining with the set filter parameters were mainly assigned to the subtilisin subgroups of true subtilisins, high-alkaline subtilisins, and phylogenetically intermediate subtilisins and represent an excellent source for new subtilisin candidates.
Acetoin and diacetyl have a major impact on the flavor of alcoholic beverages such as wine or beer. Therefore, their measurement is important during the fermentation process. Until now, gas chromatographic techniques have typically been applied; however, these require expensive laboratory equipment and trained staff, and do not allow for online monitoring. In this work, a capacitive electrolyte–insulator–semiconductor sensor modified with tobacco mosaic virus (TMV) particles as enzyme nanocarriers for the detection of acetoin and diacetyl is presented. The enzyme acetoin reductase from Alkalihalobacillus clausii DSM 8716ᵀ is immobilized via biotin–streptavidin affinity, binding to the surface of the TMV particles. The TMV-assisted biosensor is electrochemically characterized by means of leakage–current, capacitance–voltage, and constant capacitance measurements. In this paper, the novel biosensor is studied regarding its sensitivity and long-term stability in buffer solution. Moreover, the TMV-assisted capacitive field-effect sensor is applied for the detection of diacetyl for the first time. The measurement of acetoin and diacetyl with the same sensor setup is demonstrated. Finally, the successive detection of acetoin and diacetyl in buffer and in diluted beer is studied by tuning the sensitivity of the biosensor using the pH value of the measurement solution.
Advances in polymer science have significantly increased polymer applications in life sciences. We report the use of free-standing, ultra-thin polydimethylsiloxane (PDMS) membranes, called CellDrum, as cell culture substrates for an in vitro wound model. Dermal fibroblast monolayers from 28- and 88-year-old donors were cultured on CellDrums. By using stainless steel balls, circular cell-free areas were created in the cell layer (wounding). Sinusoidal strain of 1 Hz, 5% strain, was applied to membranes for 30 min in 4 sessions. The gap circumference and closure rate of un-stretched samples (controls) and stretched samples were monitored over 4 days to investigate the effects of donor age and mechanical strain on wound closure. A significant decrease in gap circumference and an increase in gap closure rate were observed in trained samples from younger donors and control samples from older donors. In contrast, a significant decrease in gap closure rate and an increase in wound circumference were observed in the trained samples from older donors. Through these results, we propose the model of a cell monolayer on stretchable CellDrums as a practical tool for wound healing research. The combination of biomechanical cell loading in conjunction with analyses such as gene/protein expression seems promising beyond the scope published here.
We present a concise mini overview on the approaches to the disposal of nuclear waste currently used or deployed. The disposal of nuclear waste is the end point of nuclear waste management (NWM) activities and is the emplacement of waste in an appropriate facility without the intention to retrieve it. The IAEA has developed an internationally accepted classification scheme based on the end points of NWM, which is used as guidance. Retention times needed for safe isolation of waste radionuclides are estimated based on the radiotoxicity of nuclear waste. Disposal facilities usually rely on a multi-barrier defence system to isolate the waste from the biosphere, which comprises the natural geological barrier and the engineered barrier system. Disposal facilities could be of a trench type, vaults, tunnels, shafts, boreholes, or mined repositories. A graded approach relates the depth of the disposal facilities’ location with the level of hazard. Disposal practices demonstrate the reliability of nuclear waste disposal with minimal expected impacts on the environment and humans.
A method for the integrated extraction and separation of fatty acids from algae using supercritical CO2 is presented. Desmodesmus obliquus and Chlorella sorokiniana were used as algae. First, a method for chromatographic separation of fatty acids of different degrees of saturation was established and optimized. Then, an integrated method for supercritical extraction was developed for both algal species. It was also verified whether prior cell disruption was beneficial for extraction. In developing the method for chromatographic separation, statistical experimental design was used to determine the optimal parameter settings. The methanol content in the mobile phase proved to be the most important parameter for successful separation of the three unsaturated fatty acids oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid. Supercritical extraction with dried algae showed that about four times more fatty acids can be extracted from C. sorokiniana relative to the dry mass used.
With the growing interest in small distributed sensors for the “Internet of Things”, more attention is being paid to energy harvesting techologies. Reducing or eliminating the need for external power sources or batteries make devices more self-sufficient, more reliable, and reduces maintenance requirements. The Wiegand effect is a proven technology for harvesting small amounts of electrical power from mechanical motion.
This dataset was acquired at field tests of the steerable ice-melting probe "EnEx-IceMole" (Dachwald et al., 2014). A field test in summer 2014 was used to test the melting probe's system, before the probe was shipped to Antarctica, where, in international cooperation with the MIDGE project, the objective of a sampling mission in the southern hemisphere summer 2014/2015 was to return a clean englacial sample from the subglacial brine reservoir supplying the Blood Falls at Taylor Glacier (Badgeley et al., 2017, German et al., 2021).
The standardized log-files generated by the IceMole during melting operation include more than 100 operational parameters, housekeeping information, and error states, which are reported to the base station in intervals of 4 s. Occasional packet loss in data transmission resulted in a sparse number of increased sampling intervals, which where compensated for by linear interpolation during post processing. The presented dataset is based on a subset of this data: The penetration distance is calculated based on the ice screw drive encoder signal, providing the rate of rotation, and the screw's thread pitch. The melting speed is calculated from the same data, assuming the rate of rotation to be constant over one sampling interval. The contact force is calculated from the longitudinal screw force, which es measured by strain gauges. The used heating power is calculated from binary states of all heating elements, which can only be either switched on or off. Temperatures are measured at each heating element and averaged for three zones (melting head, side-wall heaters and back-plate heaters).
Electric flight has the potential for a more sustainable and energy-saving way of aviation compared to fossil fuel aviation. The electric motor can be used as a generator inflight to regenerate energy during descent. Three different approaches to regenerating with electric propeller powertrains are proposed in this paper. The powertrain is to be set up in a wind tunnel to determine the propeller efficiency in both working modes as well as the noise emissions. Furthermore, the planned flight tests are discussed. In preparation for these tests, a yaw stability analysis is performed with the result that the aeroplane is controllable during flight and in the most critical failure case. The paper shows the potential for inflight regeneration and addresses the research gaps in the dual role of electric powertrains for propulsion and regeneration of general aviation aircraft.
Open Data impliziert die freie Zugänglichkeit, Verfügbarkeit und Wiederverwendbarkeit von Datensätzen. Obwohl hochwertige Datensätze öffentlich verfügbar sind, ist der Zugang zu diesen und die Transparenz über die Formate nicht immer gegeben. Dies mindert die optimale Nutzung des Potenzials zur Wertschöpfung, trotz der vorherrschenden Einigkeit über ihre Chancen. Denn Open Data ermöglicht das Vorantreiben von Compliance-Themen wie Transparenz und Rechenschaftspflicht bis hin zur Förderung von Innovationen. Die Nutzung von Open Data erfordert Mut und eine gemeinsame Anstrengung verschiedener Akteure und Branchen. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags werden auf Grundlage des Design Science-Ansatzes eine Open Data Capability Map sowie darauf aufbauend eine Datenarchitektur für Open Data in der Luftfahrtindustrie an einem Beispiel entwickelt.
Die Institution Hochschule hat das Potenzial, über transformatives Forschen und Lehren und den entsprechenden Wissenstransfer in den lokalen Kontext strategisch-verlässliche Partnerin der Großen Transformation zur Nachhaltigkeit zu werden und bei der Ausbildung von Pionierinnen und Pionieren des Wandels mitzuwirken. Der Lehr- und Forschungsschwerpunkt „Zukunftsfähige Transformation” am Fachbereich Architektur der FH Aachen widmet sich seit 2020 dem Tagebauumfeld Hambach im Rheinischen Revier, um dort angewandt und in Kooperation neue Narrative, innovative Prozesse, ortsbezogene Konzepte und strategische Projekte zu entwickeln und umzusetzen.
Pandemische Momente
(2022)
In proton therapy, the dose from secondary neutrons to the patient can contribute to side effects and the creation of secondary cancer. A simple and fast detection system to distinguish between dose from protons and neutrons both in pretreatment verification as well as potentially in vivo monitoring is needed to minimize dose from secondary neutrons. Two 3 mm long, 1 mm diameter organic scintillators were tested for candidacy to be used in a proton–neutron discrimination detector. The SCSF-3HF (1500) scintillating fibre (Kuraray Co. Chiyoda-ku, Tokyo, Japan) and EJ-260 plastic scintillator (Eljen Technology, Sweetwater, TX, USA) were irradiated at the TRIUMF Neutron Facility and the Proton Therapy Research Centre. In the proton beam, we compared the raw Bragg peak and spread-out Bragg peak response to the industry standard Markus chamber detector. Both scintillator sensors exhibited quenching at high LET in the Bragg peak, presenting a peak-to-entrance ratio of 2.59 for the EJ-260 and 2.63 for the SCSF-3HF fibre, compared to 3.70 for the Markus chamber. The SCSF-3HF sensor demonstrated 1.3 times the sensitivity to protons and 3 times the sensitivity to neutrons as compared to the EJ-260 sensor. Combined with our equations relating neutron and proton contributions to dose during proton irradiations, and the application of Birks’ quenching correction, these fibres provide valid candidates for inexpensive and replicable proton-neutron discrimination detectors
In this study, an online multi-sensing platform was engineered to simultaneously evaluate various process parameters of food package sterilization using gaseous hydrogen peroxide (H₂O₂). The platform enabled the validation of critical aseptic parameters. In parallel, one series of microbiological count reduction tests was performed using highly resistant spores of B. atrophaeus DSM 675 to act as the reference method for sterility validation. By means of the multi-sensing platform together with microbiological tests, we examined sterilization process parameters to define the most effective conditions with regards to the highest spore kill rate necessary for aseptic packaging. As these parameters are mutually associated, a correlation between different factors was elaborated. The resulting correlation indicated the need for specific conditions regarding the applied H₂O₂ gas temperature, the gas flow and concentration, the relative humidity and the exposure time. Finally, the novel multi-sensing platform together with the mobile electronic readout setup allowed for the online and on-site monitoring of the sterilization process, selecting the best conditions for sterility and, at the same time, reducing the use of the time-consuming and costly microbiological tests that are currently used in the food package industry.
Nanoparticles are recognized as highly attractive tunable materials for designing field-effect biosensors with enhanced performance. In this work, we present a theoretical model for electrolyte-insulator-semiconductor capacitors (EISCAP) decorated with ligand-stabilized charged gold nanoparticles. The charged AuNPs are taken into account as additional, nanometer-sized local gates. The capacitance-voltage (C–V) curves and constant-capacitance (ConCap) signals of the AuNP-decorated EISCAPs have been simulated. The impact of the AuNP coverage on the shift of the C–V curves and the ConCap signals was also studied experimentally on Al–p-Si–SiO₂ EISCAPs decorated with positively charged aminooctanethiol-capped AuNPs. In addition, the surface of the EISCAPs, modified with AuNPs, was characterized by scanning electron microscopy for different immobilization times of the nanoparticles.
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.