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Unsteady shallow meandering flows in rectangular reservoirs: a modal analysis of URANS modelling
(2022)
Shallow flows are common in natural and human-made environments. Even for simple rectangular shallow reservoirs, recent laboratory experiments show that the developing flow fields are particularly complex, involving large-scale turbulent structures. For specific combinations of reservoir size and hydraulic conditions, a meandering jet can be observed. While some aspects of this pseudo-2D flow pattern can be reproduced using a 2D numerical model, new 3D simulations, based on the unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, show consistent advantages as presented herein. A Proper Orthogonal Decomposition was used to characterize the four most energetic modes of the meandering jet at the free surface level, allowing comparison against experimental data and 2D (depth-averaged) numerical results. Three different isotropic eddy viscosity models (RNG k-ε, k-ε, k-ω) were tested. The 3D models accurately predicted the frequency of the modes, whereas the amplitudes of the modes and associated energy were damped for the friction-dominant cases and augmented for non-frictional ones. The performance of the three turbulence models remained essentially similar, with slightly better predictions by RNG k-ε model in the case with the highest Reynolds number. Finally, the Q-criterion was used to identify vortices and study their dynamics, assisting on the identification of the differences between: i) the three-dimensional phenomenon (here reproduced), ii) its two-dimensional footprint in the free surface (experimental observations) and iii) the depth-averaged case (represented by 2D models).
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.
This work introduces a novel method for the detection of H₂O₂ vapor/aerosol of low concentrations, which is mainly applied in the sterilization of equipment in medical industry. Interdigitated electrode (IDE) structures have been fabricated by means of microfabrication techniques. A differential setup of IDEs was prepared, containing an active sensor element (active IDE) and a passive sensor element (passive IDE), where the former was immobilized with an enzymatic membrane of horseradish peroxidase that is selective towards H₂O₂. Changes in the IDEs’ capacitance values (active sensor element versus passive sensor element) under H₂O₂ vapor/aerosol atmosphere proved the detection in the concentration range up to 630 ppm with a fast response time (<60 s). The influence of relative humidity was also tested with regard to the sensor signal, showing no cross-sensitivity. The repeatability assessment of the IDE biosensors confirmed their stable capacitive signal in eight subsequent cycles of exposure to H₂O₂ vapor/aerosol. Room-temperature detection of H₂O₂ vapor/aerosol with such miniaturized biosensors will allow a future three-dimensional, flexible mapping of aseptic chambers and help to evaluate sterilization assurance in medical industry.
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.
Biocompatibility, flexibility and durability make polydimethylsiloxane (PDMS) membranes top candidates in biomedical applications. CellDrum technology uses large area, <10 µm thin membranes as mechanical stress sensors of thin cell layers. For this to be successful, the properties (thickness, temperature, dust, wrinkles, etc.) must be precisely controlled. The following parameters of membrane fabrication by means of the Floating-on-Water (FoW) method were investigated: (1) PDMS volume, (2) ambient temperature, (3) membrane deflection and (4) membrane mechanical compliance. Significant differences were found between all PDMS volumes and thicknesses tested (p < 0.01). They also differed from the calculated values. At room temperatures between 22 and 26 °C, significant differences in average thickness values were found, as well as a continuous decrease in thicknesses within a 4 °C temperature elevation. No correlation was found between the membrane thickness groups (between 3–4 µm) in terms of deflection and compliance. We successfully present a fabrication method for thin bio-functionalized membranes in conjunction with a four-step quality management system. The results highlight the importance of tight regulation of production parameters through quality control. The use of membranes described here could also become the basis for material testing on thin, viscous layers such as polymers, dyes and adhesives, which goes far beyond biological applications.
Digital twins are seen as one of the key technologies of Industry 4.0. Although many research groups focus on digital twins and create meaningful outputs, the technology has not yet reached a broad application in the industry. The main reasons for this imbalance are the complexity of the topic, the lack of specialists, and the unawareness of the twin opportunities. The project "Digital Twin Academy" aims to overcome these barriers by focusing on three actions: Building a digital twin community for discussion and exchange, offering multi-stage training for various knowledge levels, and implementing realworld use cases for deeper insights and guidance. In this work, we focus on creating a flexible learning platform that allows the user to select a training path adjusted to personal knowledge and needs. Therefore, a mix of basic and advanced modules is created and expanded by individual feedback options. The usage of personas supports the selection of the appropriate modules.
Virtual Reality (VR) offers novel possibilities for remote training regardless of the availability of the actual equipment, the presence of specialists, and the training locations. Research shows that training environments that adapt to users' preferences and performance can promote more effective learning. However, the observed results can hardly be traced back to specific adaptive measures but the whole new training approach. This study analyzes the effects of a combined point and leveling VR-based gamification system on assembly training targeting specific training outcomes and users' motivations. The Gamified-VR-Group with 26 subjects received the gamified training, and the Non-Gamified-VR-Group with 27 subjects received the alternative without gamified elements. Both groups conducted their VR training at least three times before assembling the actual structure. The study found that a level system that gradually increases the difficulty and error probability in VR can significantly lower real-world error rates, self-corrections, and support usages. According to our study, a high error occurrence at the highest training level reduced the Gamified-VR-Group's feeling of competence compared to the Non-Gamified-VR-Group, but at the same time also led to lower error probabilities in real-life. It is concluded that a level system with a variable task difficulty should be combined with carefully balanced positive and negative feedback messages. This way, better learning results, and an improved self-evaluation can be achieved while not causing significant impacts on the participants' feeling of competence.
Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting.
Formine 2022 : Concezione I
(2022)
Der diesjährige Workshop steht im Zeichen der räumlichen Konzeption. Das Definieren und Erfahren des engsten, ganz eigenen Betrachtungsraums, bis hin zur weitläufigen öffentlichen Umgebung des Ortes ist hierbei der erste Schritt.
Hierzu stehen alle konzeptionellen Werkzeuge – von der Entwicklung vereinzelter Skizzenabfolgen, bis hin zur Collage - in den ersten Tagen des Workshops zur Verfügung. Abschließend gilt es, den Aufbau - das „Sichzusammenfügen“ aus Form, Relation und Material - in einer Plastik zu vereinen.
„Work Habitat“ ist eine markenorientierte Officelösung, die auf skalierbare Weise mit einem Start-up mitwächst und in Kooperation mit dem Unternehmen academa GmbH entstanden ist. Diese Brand Experience fördert Teambuilding und Identifikation mit dem Unternehmen. Sie passt sich an die Teammitglieder an, indem sie einen ganzheitlichen Blick auf das Office-System bewahrt. Ferner stellt sie eine nahtlose Verbindung digitaler und analoger Arbeitswelten dar und bietet eine einladende Umgebung verschiedener Arten zu Arbeiten an: von Deep-Focus bis zur kooperativen Zusammenarbeit und der Anregung zwangloser Begegnungen. Die modularen Komponenten können trotz Veränderungen, Umzügen oder unerwartet rasanten Entwicklungen nachhaltig und flexibel eingesetzt werden. Eine schnelllebige Welt erfordert eine angebrachte, sich ihr anpassende New-Work-Umgebung.
Ocean Care ist eine politisch unabhängige Non-Profit-Organisation mit Sitz in der Schweiz. Sie setzt sich seit 1989 für den Schutz von Meeressäugern und deren Lebensraum ein. Seit 2011 ist Ocean Care außerdem UN-Sonderberaterin für Fragen im Meeresschutz. Da Ocean Care die Öffentlichkeit für das Thema Meeresschutz sensibilisieren möchte und ihre Arbeit durch Spenden finanziert wird, ist ein professionelles, vertrauenerweckendes Erscheinungsbild unerlässlich. Durch ein zeitgemäßes und seriöses Design, welches sich von anderen Organisationen abhebt, kann die Zielgruppe erweitert und die Bedeutsamkeit der Arbeit hervorgehoben werden. Das neue Erscheinungsbild beruht auf der Idee, dass sich die Informationen unter der Meeresoberfläche befinden. Die Linie, die den Meeresspiegel visualisiert, dient außerdem medienübergreifend als Orientierungshilfe.
Das Thema „Bio“ ist auf dem Markt längst zu einem Mainstream geworden und vor allem bei jüngeren Zielgruppen sehr gefragt. Umso wichtiger ist es für Bio-Marken wie ALNATURA, sich zu definieren, um neben innovativen, nachhaltigen Start-up-Marken noch aufzufallen. Aktuell ist ALNATURA vorwiegend aufgrund der hochwertigen Produkte sowie einer transparenten Kommunikation bekannt. Jedoch fehlt es den Produkten an einheitlichem Design mit Wiedererkennungswert. Diese Arbeit zeigt einen Ansatz für ein neues, zeitgemäßes Gestaltungskonzept. Im Zuge dessen wurde das Unternehmenslogo modifiziert sowie Farben, Schrift und Gestaltungsraster neu definiert. Um das neue Image der Marke bekannt zu machen, wurde zudem eine Plakatkampagne entwickelt. Das Projekt zeigt, wie sich eine Bio-Marke weg vom Öko-Image und hin zu einer modernen Lifestyle-Marke mit Relevanz entwickeln kann.
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.
Direct methods comprising limit and shakedown analysis is a branch of computational mechanics. It plays a significant role in mechanical and civil engineering design. The concept of direct method aims to determinate the ultimate load bearing capacity of structures beyond the elastic range. For practical problems, the direct methods lead to nonlinear convex optimization problems with a large number of variables and onstraints. If strength and loading are random quantities, the problem of shakedown analysis is considered as stochastic programming. This paper presents a method so called chance constrained programming, an effective method of stochastic programming, to solve shakedown analysis problem under random condition of strength. In this our investigation, the loading is deterministic, the strength is distributed as normal or lognormal variables.
A generalized shear-lag theory for fibres with variable radius is developed to analyse elastic fibre/matrix stress transfer. The theory accounts for the reinforcement of biological composites, such as soft tissue and bone tissue, as well as for the reinforcement of technical composite materials, such as fibre-reinforced polymers (FRP). The original shear-lag theory proposed by Cox in 1952 is generalized for fibres with variable radius and with symmetric and asymmetric ends. Analytical solutions are derived for the distribution of axial and interfacial shear stress in cylindrical and elliptical fibres, as well as conical and paraboloidal fibres with asymmetric ends. Additionally, the distribution of axial and interfacial shear stress for conical and paraboloidal fibres with symmetric ends are numerically predicted. The results are compared with solutions from axisymmetric finite element models. A parameter study is performed, to investigate the suitability of alternative fibre geometries for use in FRP.
Scriptum ist ein Interface mit Installationscharakter, welches die geschichtliche Entstehung von Schriftsystemen aus einer geochronologischen Perspektive darstellt. Die Installation wurde hauptsächlich für Museumsausstellungen konzipiert und besteht aus einer Wandprojektion, die durch iPads im Raum von mehreren Nutzern gleichzeitig gesteuert werden kann. Auf der Projektion sind alle 145 von Noto Sans unterstützten Schriftsysteme zu finden, die nach ihrer örtlichen Entstehung auf einer Weltkarte platziert wurden. Die Arbeit beruht auf dem wissenschaftlichen Datensatz aus dem Projekt „The World’s Writing Systems“ aufrufbar unter www.worldswritingsystems.org.
Neben dem Informierungszweck dient die Installation auch als ein Ausrufezeichen für die Idee, dass Schrift ein wichtiger Aspekt unseres Kulturerbes ist und als ein Spiegel für die Evolution der Menschheit betrachtet werden kann.
Wettbewerbsregeln (§§ 24-27)
(2022)
Im Handel mit Kraftfahrzeugen gehören Aspekte des gutgläubigen Erwerbs zu den beinahe alltäglichen Standardproblemen. Der BGH fügt in seiner Entscheidung v. 23.9.2022–VZR148/21, MDR 2022, 1541 diesem im Detail breit gefächerten Themenfeld einen weiteren Mosaikstein hinzu: Der Erwerber erhielt das verkaufte Kfz ohne Übergabe einer Zulassungsbescheinigung Teil II, behauptet aber, diese Bescheinigung sei dem vom ihm eingeschalteten Vermittler bei Erwerb (als Fälschung) vorgelegt worden. Tatsächlich befand sich das Original durchgängig beim wahren Eigentümer, der nunmehr Herausgabe des Fahrzeugs verlangt. Der BGH schützt in dieser Gestaltung im Ergebnis den Erwerber. Die Entscheidung ist in mehrfacher Hinsicht bemerkenswert.
Cell spraying has become a feasible application method for cell therapy and tissue engineering approaches. Different devices have been used with varying success. Often, twin-fluid atomizers are used, which require a high gas velocity for optimal aerosolization characteristics. To decrease the amount and velocity of required air, a custom-made atomizer was designed based on the effervescent principle. Different designs were evaluated regarding spray characteristics and their influence on human adipose-derived mesenchymal stromal cells. The arithmetic mean diameters of the droplets were 15.4–33.5 µm with decreasing diameters for increasing gas-to-liquid ratios. The survival rate was >90% of the control for the lowest gas-to-liquid ratio. For higher ratios, cell survival decreased to approximately 50%. Further experiments were performed with the design, which had shown the highest survival rates. After seven days, no significant differences in metabolic activity were observed. The apoptosis rates were not influenced by aerosolization, while high gas-to-liquid ratios caused increased necrosis levels. Tri-lineage differentiation potential into adipocytes, chondrocytes, and osteoblasts was not negatively influenced by aerosolization. Thus, the effervescent aerosolization principle was proven suitable for cell applications requiring reduced amounts of supplied air. This is the first time an effervescent atomizer was used for cell processing.
Nur ein Freitag : Ein Kurzfilm über Verlust und Freundschaft im Schatten
des Zweiten Weltkrieges.
(2022)
Der Film zeigt die wahre Geschichte des 15-jährigen Hans Jokisch, welche auf den Erzählungen seiner jüngeren Schwester, der Zeitzeugin Maria Theis (geb. Jokisch), beruhen.
Der Fokus liegt auf der Sichtweise von Kindern und Jugendlichen, einer Generation, die mit dem und im Zweiten Weltkrieg aufgewachsen ist und die gleichzeitig die letzte Generation ist, die uns das Erlebte noch aus erster Hand berichten kann. Hans gelangt mit seiner Familie nach einer harten Flucht vor der Frontlinie zurück in seine Heimat in Schlesien. Doch ihr geliebtes Heim ist besetzt von Familie Schöppe. Sie haben keine Wahl, die beiden Familien müssen sich das Haus von nun an teilen. Im Laufe der Zeit wird das Jokisch Haus auch für Familie Schöppe ein Zuhause und Hans freundet sich mit dem Jungen Bruno Schöppe an. Als Deutschland 1945 kapituliert und Schlesien nun zu Polen gehört, müssen plötzlich beide Familien endgültig das Haus und all ihren Besitz zurücklassen. Hans und Bruno beschließen, die Zwangsenteignung nicht hinzunehmen, doch ihr naiver Plan wird ihnen fast zum Verhängnis.
The industrial revolution IR4.0 era have driven many states of the art technologies to be introduced especially in the automotive industry. The rapid development of automotive industries in Europe have created wide industry gap between European Union (EU) and developing countries such as in South-East Asia (SEA). Indulging this situation, FH Joanneum, Austria together with European partners from FH Aachen, Germany and Politecnico Di Torino, Italy is taking initiative to close the gap utilizing the Erasmus+ United grant from EU. A consortium was founded to engage with automotive technology transfer using the European ramework to Malaysian, Indonesian and Thailand Higher Education Institutions (HEI) as well as automotive industries. This could be achieved by establishing Engineering Knowledge Transfer Unit (EKTU) in respective SEA institutions guided by the industry partners in their respective countries. This EKTU could offer updated, innovative, and high-quality training courses to increase graduate’s employability in higher education institutions and strengthen relations between HEI and the wider economic and social environment by addressing Universityindustry cooperation which is the regional priority for Asia. It is expected that, the Capacity Building Initiative would improve the quality of higher education and enhancing its relevance for the labor market and society in the SEA partners. The outcome of this project would greatly benefit the partners in strong and complementary partnership targeting the automotive industry and enhanced larger scale international cooperation between the European and SEA partners. It would also prepare the SEA HEI in sustainable partnership with Automotive industry in the region as a mean of income generation in the future.
Sen(se)sation : VR Produktvision mit multisensorischem Einfluss
auf die menschliche Wahrnehmung
(2022)
Das Sen(se)sation VR-Produktkonzept ermöglicht Nutzer*Innen die nahezu vollkommen realistische Darstellung virtuell generierter Welten. Das Konzept ist in genauer Betrachtung des aktuellen Technikstands und der Analyse von Zukunftstrends konzipiert worden und stellt eine Produktvision dar, die in spätestens 5 Jahren problemlos umsetzbar sein wird. Um nicht den Eindruck einer unfundierten Zukunftsvision zu erzeugen, wurde sich bei der Konstruktion der integrierten Features auf aktuell erhältliche Vergleichsprodukte bezogen. Das Sen(se)sation VR System zeigt neue Möglichkeiten die Gestaltungs- und Technikbereich derzeitiger VR Brillen und Controller. Durch die Fokussierung des Produkts auf die Manipulation und Stimulation der fünf Hauptsinne des Menschen wird ein so hoher Grad der Immersion erzeugt, dass die Wahrnehmung von Realität und Virtualität beinah verschwimmen könnte.
Der Personalmangel in der Pflege ist vor allem durch die Pandemie in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Diese Situation wird sich in den nächsten Jahren aufgrund der steigenden Pflegequote in Folge des demografischen Wandels weiter zuspitzen. Das Dokumentieren der durchgeführten Tätigkeiten nimmt dabei viel Zeit in Anspruch, die nicht den Bewohner:innen zugutekommt. Das Dokumentationssystem „Applause“ soll Pflege- und Betreuungskräfte in ihrer Arbeit unterstützen und durch die einfache Nutzerführung den Schulungsaufwand reduzieren. Durch die Integration von modernen medizinischen Sensoren kann innerhalb des Systems der aktuelle Gesundheitsstatus der Bewohner:innen eingesehen werden. Zusätzlich wird die interne sowie externe Kommunikation innerhalb des Dokumentationssystems abgebildet. Bei Letzterer wird mittels einer datenschutzkonformen Software die auf Fax basierende Kommunikation abgelöst.
Das wahre Gewicht des Smartphones : eine informative Erfahrung zu den ökologischen Auswirkungen
(2022)
Das Smartphone gehört zu den innovativsten Geräten unserer Zeit und befindet sich in einem ständigen Wandel, der nach immer mehr Leistung, größeren Displays und besseren Kameras strebt. Mit neuen Modellen, die jährlich auf den Markt kommen und den Milliarden Smartphones, die verkauft werden, entsteht aber nicht nur ein großer Markt voller Angebote, sondern gleichzeitig große Probleme für unsere Umwelt und letztlich auch für uns. Die Smartphone-Industrie schadet massiv unserem Ökosystem.
Das Ziel der Arbeit ist die Aufklärung über die Auswirkungen der Smartphone-Industrie. Dafür wurden Visualisierung zu Daten und Prozessen gestaltet, die viele Aspekte des Lebenszyklus des Smartphones mit einbeziehen. Die Betrachter:innen sollen so informativ aufgeklärt werden, ihren eigenen Konsum zu dem Thema überdenken und ein Bewusstsein für ihren Elektronikverbrauch entwickeln.
Altered gastrocnemius contractile behavior in former achilles tendon rupture patients during walking
(2022)
Achilles tendon rupture (ATR) remains associated with functional limitations years after injury. Architectural remodeling of the gastrocnemius medialis (GM) muscle is typically observed in the affected leg and may compensate force deficits caused by a longer tendon. Yet patients seem to retain functional limitations during—low-force—walking gait. To explore the potential limits imposed by the remodeled GM muscle-tendon unit (MTU) on walking gait, we examined the contractile behavior of muscle fascicles during the stance phase. In a cross-sectional design, we studied nine former patients (males; age: 45 ± 9 years; height: 180 ± 7 cm; weight: 83 ± 6 kg) with a history of complete unilateral ATR, approximately 4 years post-surgery. Using ultrasonography, GM tendon morphology, muscle architecture at rest, and fascicular behavior were assessed during walking at 1.5 m⋅s–1 on a treadmill. Walking patterns were recorded with a motion capture system. The unaffected leg served as control. Lower limbs kinematics were largely similar between legs during walking. Typical features of ATR-related MTU remodeling were observed during the stance sub-phases corresponding to series elastic element (SEE) lengthening (energy storage) and SEE shortening (energy release), with shorter GM fascicles (36 and 36%, respectively) and greater pennation angles (8° and 12°, respectively). However, relative to the optimal fascicle length for force production, fascicles operated at comparable length in both legs. Similarly, when expressed relative to optimal fascicle length, fascicle contraction velocity was not different between sides, except at the time-point of peak series elastic element (SEE) length, where it was 39 ± 49% lower in the affected leg. Concomitantly, fascicles rotation during contraction was greater in the affected leg during the whole stance-phase, and architectural gear ratios (AGR) was larger during SEE lengthening. Under the present testing conditions, former ATR patients had recovered a relatively symmetrical walking gait pattern. Differences in seen AGR seem to accommodate the profound changes in MTU architecture, limiting the required fascicle shortening velocity. Overall, the contractile behavior of the GM fascicles does not restrict length- or velocity-dependent force potentials during this locomotor task.
Promoting diversity and combatting discrimination in research organizations: a practitioner’s guide
(2022)
The essay is addressed to practitioners in research management and from
academic leadership. It describes which measures can contribute to creating an inclusive climate for research teams and preventing and effectively dealing with discrimination. The practical recommendations consider the policy and organizational levels, as well as the individual perspective of research managers. Following a series of basic recommendations, six lessons learned are formulated, derived from the contributions to the edited collection on “Diversity and Discrimination in Research Organizations.”
Diversity management is seen as a decisive factor for ensuring the development of socially responsible innovations (Beacham and Shambaugh, 2011; Sonntag, 2014; López, 2015; Uebernickel et al., 2015). However, many diversity management approaches fail due to a one-sided consideration of diversity (Thomas and Ely, 2019) and a lacking linkage between the prevailing organizational culture and the perception of diversity in the respective organization. Reflecting the importance of diverse perspectives, research institutions have a special responsibility to actively deal with diversity, as they are publicly funded institutions that drive socially relevant development and educate future generations of developers, leaders and decision-makers. Nevertheless, only a few studies have so far dealt with the influence of the special framework conditions of the science system on diversity management. Focusing on the interdependency of the organizational culture and diversity management especially in a university research environment, this chapter aims in a first step to provide a theoretical perspective on the framework conditions of a complex research organization in Germany in order to understand the system-specific factors influencing diversity management. In a second step, an exploratory cluster analysis is presented, investigating the perception of diversity and possible influencing factors moderating this perception in a scientific organization. Combining both steps, the results show specific mechanisms and structures of the university research environment that have an impact on diversity management and rigidify structural barriers preventing an increase of diversity. The quantitative study also points out that the management level takes on a special role model function in the scientific system and thus has an influence on the perception of diversity. Consequently, when developing diversity management approaches in research organizations, it is necessary to consider the top-down direction of action, the special nature of organizational structures in the university research environment as well as the special role of the professorial level as role model for the scientific staff.
In der Arbeit »An den Rand gedrängt–Die Marginalisierung unserer Städte« wird anhand des Flächenverbrauchs des ruhenden Verkehrs erörtert, inwieweit der private Pkw die Entwicklung unserer Städte bestimmt. Die Zusammenstellung verschiedener Texte, Raumbeobachtungen und fotografischer Zeitdokumente soll die Problematik und Aktualität des Themas verstärken. Schritt für Schritt sollen die Leser:innen einen neuen Blick auf die eigene Stadt gewinnen und für das Problem der akuten Flächenknappheit sensibilisiert werden. Das Werk versteht sich als Aufruf, unseren Straßenraum zu entkarbonisieren, ihn neu zu entdecken und die möglichen Chancen im Wandel zu erkennen. Dabei geht es zunächst nicht um die Aufzählung von Klimaschäden, die Abschaffung von Parkplätzen oder gar des Autos, sondern um die Auswirkungen, die Parkplätze auf unser Leben haben und vor allem um ihr Potenzial für die Zukunft.
When confining pressure is low or absent, extensional fractures are typical, with fractures occurring on unloaded planes in rock. These “paradox” fractures can be explained by a phenomenological extension strain failure criterion. In the past, a simple empirical criterion for fracture initiation in brittle rock has been developed. But this criterion makes unrealistic strength predictions in biaxial compression and tension. A new extension strain criterion overcomes this limitation by adding a weighted principal shear component. The weight is chosen, such that the enriched extension strain criterion represents the same failure surface as the Mohr–Coulomb (MC) criterion. Thus, the MC criterion has been derived as an extension strain criterion predicting failure modes, which are unexpected in the understanding of the failure of cohesive-frictional materials. In progressive damage of rock, the most likely fracture direction is orthogonal to the maximum extension strain. The enriched extension strain criterion is proposed as a threshold surface for crack initiation CI and crack damage CD and as a failure surface at peak P. Examples show that the enriched extension strain criterion predicts much lower volumes of damaged rock mass compared to the simple extension strain criterion.
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.
Wo einst fast lückenlos Laubwälder wuchsen, steht heute nur noch ein Drittel der ursprünglichen Waldfläche. Echte Urwälder gibt es hier schon lange nicht mehr: Die Rede ist vom deutschen Wald.
Unsere Welt ist im Wandel. Auch in unseren heimischen Wäldern lassen sich die Einflüsse von Mensch und Klimawandel auf die Biodiversität beobachten.
Die illustrierte Publikation „Adapt or die“ lädt mit mehr als 80 großformatigen Artenportraits, Habitat-Kartierungen und gestalteten Themenklappenseiten zur Auseinandersetzung mit dem Wandel unserer heimischen Wälder ein. Dabei sensibilisiert sie für einen bewussteren Umgang mit Umwelt und Natur. Erweiterungen durch Augmented Reality bieten vereinzelt neben dem Printprodukt aktualisierbare Prognosen, digital und ressourcenschonend.
Das komplexe Ökosystem des Waldes reagiert empfindlich auf Veränderungen: Wer sich nicht anpassen kann, wird verschwinden.
We study the possibility to fabricate an arbitrary phase mask in a one-step laser-writing process inside the volume of an optical glass substrate. We derive the phase mask from a Gerchberg–Saxton-type algorithm as an array and create each individual phase shift using a refractive index modification of variable axial length. We realize the variable axial length by superimposing refractive index modifications induced by an ultra-short pulsed laser at different focusing depth. Each single modification is created by applying 1000 pulses with 15 μJ pulse energy at 100 kHz to a fixed spot of 25 μm diameter and the focus is then shifted axially in steps of 10 μm. With several proof-of-principle examples, we show the feasibility of our method. In particular, we identify the induced refractive index change to about a value of Δn=1.5⋅10−3. We also determine our current limitations by calculating the overlap in the form of a scalar product and we discuss possible future improvements.
In order to realistically predict and optimize the actual performance of a concentrating solar power (CSP) plant sophisticated simulation models and methods are required. This paper presents a detailed dynamic simulation model for a Molten Salt Solar Tower (MST) system, which is capable of simulating transient operation including detailed startup and shutdown procedures including drainage and refill. For appropriate representation of the transient behavior of the receiver as well as replication of local bulk and surface temperatures a discretized receiver model based on a novel homogeneous two-phase (2P) flow modelling approach is implemented in Modelica Dymola®. This allows for reasonable representation of the very different hydraulic and thermal properties of molten salt versus air as well as the transition between both. This dynamic 2P receiver model is embedded in a comprehensive one-dimensional model of a commercial scale MST system and coupled with a transient receiver flux density distribution from raytracing based heliostat field simulation. This enables for detailed process prediction with reasonable computational effort, while providing data such as local salt film and wall temperatures, realistic control behavior as well as net performance of the overall system. Besides a model description, this paper presents some results of a validation as well as the simulation of a complete startup procedure. Finally, a study on numerical simulation performance and grid dependencies is presented and discussed.
Concerning current efforts to improve operational efficiency and to lower overall costs of concentrating solar power (CSP) plants with prediction-based algorithms, this study investigates the quality and uncertainty of nowcasting data regarding the implications for process predictions. DNI (direct normal irradiation) maps from an all-sky imager-based nowcasting system are applied to a dynamic prediction model coupled with ray tracing. The results underline the need for high-resolution DNI maps in order to predict net yield and receiver outlet temperature realistically. Furthermore, based on a statistical uncertainty analysis, a correlation is developed, which allows for predicting the uncertainty of the net power prediction based on the corresponding DNI forecast uncertainty. However, the study reveals significant prediction errors and the demand for further improvement in the accuracy at which local shadings are forecasted.
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.
A promising approach to reduce the system costs of molten salt solar receivers is to enable the irradiation of the absorber tubes on both sides. The star design is an innovative receiver design, pursuing this approach. The unconventional design leads to new challenges in controlling the system. This paper presents a control concept for a molten salt receiver system in star design. The control parameters are optimized in a defined test cycle by minimizing a cost function. The control concept is tested in realistic cloud passage scenarios based on real weather data. During these tests, the control system showed no sign of unstable behavior, but to perform sufficiently in every scenario further research and development like integrating Model Predictive Controls (MPCs) need to be done. The presented concept is a starting point to do so.
Cybersecurity of Industrial Control Systems (ICS) is an important issue, as ICS incidents may have a direct impact on safety of people or the environment. At the same time the awareness and knowledge about cybersecurity, particularly in the context of ICS, is alarmingly low. Industrial honeypots offer a cheap and easy to implement way to raise cybersecurity awareness and to educate ICS staff about typical attack patterns. When integrated in a productive network, industrial honeypots may not only reveal attackers early but may also distract them from the actual important systems of the network. Implementing multiple honeypots as a honeynet, the systems can be used to emulate or simulate a whole Industrial Control System. This paper describes a network of honeypots emulating HTTP, SNMP, S7communication and the Modbus protocol using Conpot, IMUNES and SNAP7. The nodes mimic SIMATIC S7 programmable logic controllers (PLCs) which are widely used across the globe. The deployed honeypots' features will be compared with the features of real SIMATIC S7 PLCs. Furthermore, the honeynet has been made publicly available for ten days and occurring cyberattacks have been analyzed
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.
Nahezu jede:r zweite Deutsche ist chronisch krank – Tendenz steigend. Damit gehören chronische Krankheiten laut RKI zu den häufigsten und bedeutsamsten Gesundheitsproblemen weltweit. Für Betroffene bedeutet eine chronische Erkrankung je nach Schweregrad eine Einschränkung im Alltag sowie verringerte Lebensqualität. Die Health App »nomi« greift die Herausforderungen dieser Menschen auf und revolutioniert die Beobachtung ihrer Symptome und Faktoren. Das schnelle, flexible Tracking wird von Wearables ermöglicht. Durch den Vergleich von Faktoren werden Zusammenhänge abgebildet und das eigene Verständnis der Erkrankung gefördert. Darüber hinaus können diese Daten in Form von Berichten für Ärzt:innen freigegeben werden und bieten somit eine authentische Einsicht in den Krankheitsverlauf. Individuelle Routinen und Erinnerungen fördern das Selbstmanagement. Somit steigert „nomi“ langfristig die Lebensqualität Betroffener – als zuverlässiger Begleiter.
Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer
Mikrostruktur zu versehen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus
drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur
herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet.
Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft.
Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere
Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der
Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit.
Schlafspindeln – Funktion, Detektion und Nutzung als Biomarker für die psychiatrische Diagnostik
(2022)
Hintergrund:
Die Schlafspindel ist ein Graphoelement des Elektroenzephalogramms
(EEG), das im Leicht- und Tiefschlaf beobachtet werden kann. Veränderungen der
Spindelaktivität wurden für verschiedene psychiatrische Erkrankungen beschrieben. Schlafspindeln zeigen aufgrund ihrer relativ konstanten Eigenschaften Potenzial als Biomarker in der psychiatrischen Diagnostik.
Methode:
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über den Stand der Wissenschaft
zu Eigenschaften und Funktionen der Schlafspindeln sowie über beschriebene
Veränderungen der Spindelaktivität bei psychiatrischen Erkrankungen. Verschiedene methodische Ansätze und Ausblicke zur Spindeldetektion werden hinsichtlich deren Anwendungspotenzial in der psychiatrischen Diagnostik erläutert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung:
Während Veränderungen der Spindelaktivität
bei psychiatrischen Erkrankungen beschrieben wurden, ist deren exaktes Potenzial für die psychiatrische Diagnostik noch nicht ausreichend erforscht. Diesbezüglicher Erkenntnisgewinn wird in der Forschung gegenwärtig durch ressourcenintensive und fehleranfällige Methoden zur manuellen oder automatisierten Spindeldetektion ausgebremst. Neuere Detektionsansätze, die auf Deep-Learning-Verfahren basieren, könnten die Schwierigkeiten bisheriger Detektionsmethoden überwinden und damit neue Möglichkeiten für die praktisch
Hugo Junkers ist Pionier der frühen nationalen und internationalen Luftfahrt. Seit 2002 sticht das Technikmuseum Hugo Junkers inhaltlich hervor mit einer Fülle einzigartiger Ausstellungsstücke wie restaurierte Flugzeuge und originalgetreue Nachbauten. Geleitet wird das Privatmuseum von ehrenamtlichen Mitgliedern, die teils selbst vom Fach sind und mit ihrer Arbeit im Museum für stetigen Wandel sorgen. Doch leider ist von dieser Qualität im jetzigem Corporate Design noch nichts wiederzuerkennen.
Die Arbeit nimmt sich dieser an und greift das für die Junkers Flugzeuge typische Wellblech auf. So wird ein signifikantes Unterscheidungsmerkmal zu anderen Technikmuseen dieser Art geschaffen. Durch die Kombination eines streng geordneten Liniensystems und einer sehr freien Anordnung der Bilder wird ein spannendes visuelles Auftreten geschaffen. Damit wird das Museum attraktiver für Besucher:Innen gestaltet und somit endlich der hochwertigen Arbeit gerecht, die die Mitglieder des Technikmuseums leisten.
Es ist nachweislich gesünder und häufig günstiger selber zu kochen und es gibt dem Menschen mehr Kontrolle über seine Ernährung.
Bis dato wird keine Küchenmaschine angeboten, die von blinden Menschen bedient werden kann, obwohl gerade solche Produkte den Alltag dieser Gruppe enorm vereinfachen könnten. „Clu.“ ist ein modulares Küchensystem, welches von einer App unterstützt wird. Die Basis besteht aus einer Küchenmaschine, die über Sprache und haptische Bedienelemente gesteuert wird. Durch die Anwendung des Mehr-Sinne-Prinzip, der Simplifizierung von Funktionen und der Einbindung von Smart Home Komponenten werden nicht nur Menschen mit Sehbeeinträchtigungen profitieren. Beispielsweise funktioniert das Kochen nach Rezept nun ähnlich wie das Hören eines Hörbuches und die User können sich dem in ihrem favorisierten Tempo annehmen. „Clu.“ ist ein Ansatz für eine neue Kategorie von Produkten, die zeigen, wie attraktiv inklusivere Produktlösungen aussehen können.
LGBTQIA+ : Aufklärungskampagne für die Reduzierung des Gebrauchs
von Schimpfwörtern an Schulen
(2022)
Der Missbrauch von Schimpfwörtern im Bereich Schule, die sich gegen LGBTQIA+ richten, ist nach wie vor ein ernst zu nehmendes Problem. Durch eine Aufklärungskampagne wird diesem Problem entgegengewirkt. Da man den Schüler:innen das Benutzen von Schimpfwörtern nicht ganz abgewöhnen kann, wird ihnen durch die Kampagne vorgemacht, wie man besser, cooler und intelligenter schimpft. Durch das Motto "Richtig schimpfen ganz unkompliziert" zeigt die Kampagne den Schüler:innen, wie man auf eine smarte Art und Weise mit Worten umgeht und gleichzeitig den eigenen Gebrauch von Schimpfwörtern reflektiert.
Historische Stoffe im Spielfilm
Zwischen Authentizität und Unterhaltung
Spielfilme über wahre Begebenheiten stellen sich der Herausforderung, historisch korrekte Darstellung mit einer spannenden und sehenswerten Präsentation zu kombinieren. Dies ist ein schwieriger Balance Akt, gerade bei Studentenprojekten mit geringem Budget.
Im Kurzfilm über Julius Erasmus, dem „Totengräber von Vossenack“, wurde sich dieser Aufgabe gestellt. Inhaltlich werden seine möglichen Beweggründe dargestellt, die ihn dazu brachten kurz nach dem 2. Weltkrieg zahlreiche gefallene Soldaten im ehemaligen Kampfgebiet im Hürtgenwald zu begraben. Die schriftliche Dokumentation des Projektes zeigt die Recherche des verfilmten Stoffes, Herausforderungen während der Produktion, sowie persönliche Eindrücke und Lerneffekte.
Letztendlich ist ein Werk entstanden, dass respektvoll mit der zu Grunde liegenden Geschichte umgeht und gleichsam ein cineastisches Erlebnis für den Zuschauer darstellt.
Eine Applikation für die soziale Interaktion zwischen Teams und Arbeitnehmern eines Unternehmens, welche Remote und/oder Hybrid arbeiten.
Wissen teilen, Weiterbilden, Wohlfühlen
In den letzten zwei Jahren kam es auf Grund der Corona-Pandemie, trotz der vielen Kommunikationsmöglichkeiten, im Privat-, sowie Arbeitsleben zu erheblichen sozialen Einschränkungen.
Genau hier setzt die Applikation „Companion“ an, um dem Arbeitnehmer das In-Office-Gefühl auch Remote übersetzen zu können. Der Arbeitnehmer kann mit seinen Kollegen sozialisieren, diese besser kennenlernen und wird zusätzlich durch Events und Workshops professionell weitergebildet.