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Isolierung, finanzielle Not und Zukunftsängste: Die sozialen Folgen des Corona-Lockdowns sind gravierend. Oftmals wird der Fokus in der Pandemie auf die wirtschaftlichen Folgen und die Auslastung des Gesundheitssystems gelegt, doch die Auswirkungen des Shutdowns sind weitaus vielschichtiger. Die Philippinen hatten einen der längsten und härtesten Lockdowns der Welt. Im internationalen Vergleich fällt auf, dass der Ton, den der Präsident anschlägt, besonders rau ist und die Einschränkungen des gesellschaftlichen Lebens strikt und gnadenlos sind. Der Dokumentarfilm „LOCKDOWN - a documentary about the corona crisis in the Philippines“ gibt einen Einblick in das Leben der Betroffenen. Aus Sicht der Befragten wird eine multiperspektivische Geschichte erzählt, die von dem Lockdown und seinen Folgen auf der philippinischen Insel Boracay handelt.
Lebensmitteletiketten und Inhaltsstoffe: Eine interaktive Anwendung über verarbeitete Lebensmittel
(2021)
Verarbeitete Lebensmittel werden im Alltag vieler Verbraucher häufig konsumiert. Dabei hat der Konsum über einen längeren Zeitraum hinweg einen negativen Einfluss auf die Gesundheit. Vor allem bei Produktverarbeitung, Zusatzstoffen und der Lebensmittelkennzeichnung ist häufig Aufklärung nötig. Dieses Projekt setzt an dieser Stelle an, räumt auf mit Missverständnissen rund um das Thema und schafft Klarheit.
In einer interaktiven App absolvieren die Anwendenden ein Quiz und werden mit ihrem eigenen Wissensstand konfrontiert. Auf jede Frage folgen eine kurze Information und eine Handlungsempfehlung, die Wissenslücken füllen. Mithilfe von Animationen werden die Informationen visuell untermauert.
Im Katalog finden Nutzende zu jedem Zusatzstoff spezifische Informationen zur Herstellung, Verarbeitung und gesundheitlichen Aspekten. Such-, Filter- und Speicherfunktion ermöglichen eine individuelle Anwendung.
Bei "Finding Love - Ein animierter Kurzfilm" handelt es sich um einen 2D-Animationsshort. Er erzählt die Geschichte von zwei jungen Männern, welche beide ähnliche Trauer erfahren mussten und sich gegenseitig wieder zurück auf die Beine helfen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ohne Worte und vor allem mit Bildgewalt bestimmte Emotionen zu vermitteln.
Der Eigeninhalt der Arbeit umfasst jeden Schritt der Produktion eines animierten Kurzfilms. Dazu gehören Konzeptzeichnungen, Storyboard, Hintergründe, Animation, Cleanup und Vertonung. Besonderes Augenmerk wird bei der Produktion auf die Animation gelegt, insbesondere durch die Komplexität der animierten Charaktere. Letztendlich wird eine herzerwärmende, doch bittersüße und traurige Geschichte erzählt, welche den Zuschauer tief berührt.
An acetoin biosensor based on a capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structure modified with the enzyme acetoin reductase, also known as butane-2,3-diol dehydrogenase (Bacillus clausii DSM 8716ᵀ), is applied for acetoin detection in beer, red wine, and fermentation broth samples for the first time. The EIS sensor consists of an Al/p-Si/SiO₂/Ta₂O₅ layer structure with immobilized acetoin reductase on top of the Ta₂O₅ transducer layer by means of crosslinking via glutaraldehyde. The unmodified and enzyme-modified sensors are electrochemically characterized by means of leakage current, capacitance–voltage, and constant capacitance methods, respectively.
The paper presents the derivation of a new equivalent skin friction coefficient for estimating the parasitic drag of short-to-medium range fixed-wing unmanned aircraft. The new coefficient is derived from an aerodynamic analysis of ten different unmanned aircraft used for surveillance, reconnaissance, and search and rescue missions. The aircraft is simulated using a validated unsteady Reynolds-averaged Navier Stokes approach. The UAV’s parasitic drag is significantly influenced by the presence of miscellaneous components like fixed landing gears or electro-optical sensor turrets. These components are responsible for almost half of an unmanned aircraft’s total parasitic drag. The new equivalent skin friction coefficient accounts for these effects and is significantly higher compared to other aircraft categories. It is used to initially size an unmanned aircraft for a typical reconnaissance mission. The improved parasitic drag estimation yields a much heavier unmanned aircraft when compared to the sizing results using available drag data of manned aircraft.
Ängste und Phobien sind vielseitig. Furcht im Alltag spiegelt sich sowohl in spezifischen Objekten als auch in allgemeinen Situationen wider. Für unbetroffene Menschen sind diese Emotionen oft unbegreiflich, irrational und abstrakt.
In 15 Bildergeschichten werden verschiedene persönliche Ängste humoristisch illustriert und in einer gebundenen Comic-Anthologie zusammengeführt. Der überzogene, bizarre Zeichenstil demonstriert die empfundene Wahrnehmung bei alltäglichen Ängsten auf eine nicht allzu ernst gemeinte Weise. Zeichnerische Ästhetik, von klassischem Comic-Stil bis zum grafischen Horror, und Storytelling stehen hier im Vordergrund. Lesende finden sich selbst in den absurden Geschichten wieder und werden im besten Fall zum Lachen gebracht.
Die Bachelorarbeit SCHRECKLICHES versucht das abstrakte Gefühl der Angst auf nachvollziehbare Art zeichnerisch und mit einer guten Portion Übertreibung zu vermitteln.
Der Tyrannosaurus-Rex ist der Uronkel des Haushuhns. Eine evolutionäre Tatsache, die in Erstaunen versetzt. Vielen Menschen ist nicht bekannt, dass die heutigen Vögel von einem Zweig der fleischfressenden Dinosaurier, den Theropoden, abstammen. Die Bachelorarbeit mit dem Titel „AVES – Die Evolution der Vögel“ zeigt die Entwicklung von der laufenden Echse hin zum fliegenden Vogel mittels einer Naturkundeausstellung. Dabei handelt es sich um eine Sonderausstellung, die sich für die Präsentation in musealen Institutionen eignet. Die chronologisch aufgebaute Ausstellung gliedert sich in sechs Zeitepochen, von der Urzeit bis hin zur Jetztzeit. Diese sind farblich und typografisch so gestaltet, dass sie den Besuchenden eine optimale Orientierung bieten. Hierbei fügen sich einige gestalterische Elemente zusammen, wie plakative Tierillustrationen, die Themeninhalte untermalen, Waldkulissen und auditive Elemente, die eine Raumatmosphäre bilden. Die Ausstellung soll die Besuchenden durch die besondere Atmosphäre nicht nur emotional erreichen, sondern auch das inhaltliche Verständnis fördern und festigen.
Bei dem Projekt handelt es sich um eine interaktive Station für Jugendliche mit dem Ziel, Manipulation im Alltag zu entlarven und mithilfe von konkreten Beispielen spielerisch zu lernen.
Im Dialog stehen sich Individuen in ständiger Beeinflussung gegenüber. Das Wissen darum kann
bewusst (aus)genutzt werden und den Gesprächspartner zu „unbewusstem“ Handeln verleiten. Eine entsprechende Nutzung zum eigenen Vorteil bezeichnet man als Manipulation. Es soll bei Jugendlichen ein Bewusstsein geschaffen werden, um gezielt Manipulation zu erkennen.
Erstellt wird hierfür eine Installation im Raum mit einer abstrahierten, metaphorischen Darstellung von Manipulation. Die Jugendlichen erfahren sich im interaktiven Part einerseits in der Situation eines Manipulationsopfers und andererseits als Manipulant. Die begehbare Station vermittelt über die Räumlichkeit das Gefühl der Bedrängnis und erzeugt auf plakative Weise eine körperliche Erfahrung einer Bredouille, die im psychischen Zusammenhang zu Manipulation steht.
Development of open educational resources for renewable energy and the energy transition process
(2021)
The dissemination of knowledge about renewable energies is understood as a social task with the highest topicality. The transfer of teaching content on renewable energies into digital open educational resources offers the opportunity to significantly accelerate the implementation of the energy transition. Thus, in the here presented project six German universities create open educational resources for the energy transition. These materials are available to the public on the internet under a free license. So far there has been no publicly accessible, editable media that cover entire learning units about renewable energies extensively and in high technical quality. Thus, in this project, the content that remains up-to-date for a longer period is appropriately prepared in terms of media didactics. The materials enable lecturers to provide students with in-depth training about technologies for the energy transition. In a particular way, the created material is also suitable for making the general public knowledgeable about the energy transition with scientifically based material.
Damit sich Kinder in einer zunehmend digitalisierten Welt zurechtfinden können, ist die Schulung von Medienkompetenz unerlässlich. Als Digital-Analog-Hybrid-Game ermöglicht „Einmal Gezheim und zurück“ die spielerische Auseinandersetzung mit verschiedenen Informationsquellen. Zum Lösen der integrierten Rätsel ist der Einsatz der beiliegenden Print-Komponenten erforderlich, sodass die Spielenden automatisch Bildschirmpausen einlegen, um sich mit einem analogen Recherche-Medium zu beschäftigen. Die Handlung wurde speziell für das Projekt konzipiert: Im Zentrum der Mystery-Erzählung stehen die 13-jährige Britta und ihr Nachbar Herr Erdmann, der 1973 spurlos verschwindet. Mithilfe der Notizen des Verschollenen, die im gedruckten Teil des Spiels zu finden sind, lösen die Spielenden in einem spannenden Point-and-Click-Adventure das Rätsel um die fiktive Stadt Gezheim, schwarze Löcher und ein vergessenes Alienvolk...
Audio-Inhalte wie Hörbücher erfreuen sich gerade seit vergangenem Jahr immer größerer Beliebtheit. Oft werden nebenbei jedoch andere Tätigkeiten verrichtet und dem Hörbuch wird weniger Aufmerksamkeit geschenkt, als es beim Lesen des entsprechenden Buches der Fall wäre. »Das Auge hört mit« beinhaltet ein Konzept, welches den Fokus wieder auf das Hörbuch und die Erzählung lenkt. Innerhalb der Arbeit wurde dazu ein audiovisuelles Erlebnis für Nutzende geschaffen, das einen spannenden Ausgleich zum Alltag bietet. Am Beispiel des Hörbuchs „Der Goldene Kompass“ von Philip Pullman ist ein digitales Bilderbuch entstanden, wobei zu ausgewählten Szenen passende Illustrationen erstellt wurden. Diese wurden als eine Art Diashow unter das Hörbuch gelegt. Untermalt von Animationen und Kamerabewegungen wird so das Vorstellungsvermögen angeregt, um gänzlich in die Geschichte eintauchen zu können.
Nach einer wahren Begebenheit nimmt der Kurzfilm den Zuschauer mit in das Erlebnis zweier Kinder eines Luftangriffes während des Zweiten Weltkriegs: "Es ist 1944, in Deutschland wütet der Zweite Weltkrieg. Horst und Elli erledigen gerade mit ihrer Tante die Einkäufe, als plötzlich die Sirenen aufheulen. Die Drei rennen auf schnellstem Weg zurück zum Dorf, um sich in den sicheren Luftschutzkeller zu flüchten. Doch in der Hektik werden die Kinder von ihrer Tante getrennt und als die ersten Bomben fallen, sind die Beiden noch lange nicht am Bunker angelangt. Geistesgegenwärtig reagiert Horst und rettet so ihrer beider Leben. Bevor weitere Bomben einschlagen, erreichen die Kinder endlich den sicheren Luftschutzkeller."
Jeder hat schon etwas vom Impfen gehört, trotzdem wird es von vielen vernachlässigt. Das Thema Impfen hat besonders im vergangenen Jahr an Relevanz gewonnen. Vor allem durch die Corona-Pandemie wird der Menschheit bewusst, welch wichtige Bedeutung ein Impfstoff hat. Doch auch abgesehen von der Impfung gegen Covid-19 sind Impfungen wichtig für unser aller Gesundheit. Viele lebenswichtige Impfungen werden vernachlässigt oder sind in der öffentlichen Wahrnehmung weniger präsent. Genau das soll die Kampagne verhindern. Das Ziel ist es, Jugendliche und junge Erwachsene auf das Thema aufmerksam zu machen. Die Kampagne soll zeigen, dass schon ein kleiner Piekser Leben retten kann. Gleichzeitig bietet sie auch die Möglichkeit, den Aufruf direkt umzusetzen. Lokale und terminbezogene Veranstaltungen helfen dabei. Dieses Projekt versucht durch eine Info-Tour, der Unwissenheit über Impfungen entgegenzuwirken.
Seismic vulnerability estimation of existing structures is unquestionably interesting topic of high priority, particularly after earthquake events. Having in mind the vast number of old masonry buildings in North Macedonia serving as public institutions, it is evident that the structural assessment of these buildings is an issue of great importance. In this paper, a comprehensive methodology for the development of seismic fragility curves of existing masonry buildings is presented. A scenario – based method that incorporates the knowledge of the tectonic style of the considered region, the active fault characterization, the earth crust model and the historical seismicity (determined via the Neo Deterministic approach) is used for calculation of the necessary response spectra. The capacity of the investigated masonry buildings has been determined by using nonlinear static analysis. MINEA software (SDA Engineering) is used for verification of the structural safety of the structures Performance point, obtained from the intersection of the capacity of the building and the spectra used, is selected as a response parameter. The thresholds of the spectral displacement are obtained by splitting the capacity curve into five parts, utilizing empirical formulas which are represented as a function of yield displacement and ultimate displacement. As a result, four levels of damage limit states are determined. A maximum likelihood estimation procedure for the process of fragility curves determination is noted as a final step in the proposed procedure. As a result, region specific series of vulnerability curves for structures are defined.
This paper describes the concept of an innovative, interdisciplinary, user-oriented earthquake warning and rapid response system coupled with a structural health monitoring system (SHM), capable to detect structural damages in real time. The novel system is based on interconnected decentralized seismic and structural health monitoring sensors. It is developed and will be exemplarily applied on critical infrastructures in Lower Rhine Region, in particular on a road bridge and within a chemical industrial facility. A communication network is responsible to exchange information between sensors and forward warnings and status reports about infrastructures’health condition to the concerned recipients (e.g., facility operators, local authorities). Safety measures such as emergency shutdowns are activated to mitigate structural damages and damage propagation. Local monitoring systems of the infrastructures are integrated in BIM models. The visualization of sensor data and the graphic representation of the detected damages provide spatial content to sensors data and serve as a useful and effective tool for the decision-making processes after an earthquake in the region under consideration.
Reinforced concrete frames with masonry infill walls are popular form of construction all over the world as well in seismic regions. While severe earthquakes can cause high level of damage of both reinforced concrete and masonry infills, earthquakes of lower to medium intensity some-times can cause significant level of damage of masonry infill walls. Especially important is the level of damage of face loaded infill masonry walls (out-of-plane direction) as out-of-plane load cannot only bring high level of damage to the wall, it can also be life-threating for the people near the wall. The response in out-of-plane direction directly depends on the prior in-plane damage, as previous investigation shown that it decreases resistance capacity of the in-fills. Behaviour of infill masonry walls with and without prior in-plane load is investigated in the experimental campaign and the results are presented in this paper. These results are later compared with analytical approaches for the out-of-plane resistance from the literature. Conclusions based on the experimental campaign on the influence of prior in-plane damage on the out-of-plane response of infill walls are compared with the conclusions from other authors who investigated the same problematic.
Past earthquakes demonstrated the high vulnerability of industrial facilities equipped with complex process technologies leading to serious damage of process equipment and multiple and simultaneous release of hazardous substances. Nonetheless, current standards for seismic design of industrial facilities are considered inadequate to guarantee proper safety conditions against exceptional events entailing loss of containment and related consequences. On these premises, the SPIF project -Seismic Performance of Multi-Component Systems in Special Risk Industrial Facilities- was proposed within the framework of the European H2020 SERA funding scheme. In detail, the objective of the SPIF project is the investigation of the seismic behaviour of a representative industrial multi-storey frame structure equipped with complex process components by means of shaking table tests. Along this main vein and in a performance-based design perspective, the issues investigated in depth are the interaction between a primary moment resisting frame (MRF) steel structure and secondary process components that influence the performance of the whole system; and a proper check of floor spectra predictions. The evaluation of experimental data clearly shows a favourable performance of the MRF structure, some weaknesses of local details due to the interaction between floor crossbeams and process components and, finally, the overconservatism of current design standards w.r.t. floor spectra predictions.
A new formulation to calculate the shakedown limit load of Kirchhoff plates under stochastic conditions of strength is developed. Direct structural reliability design by chance con-strained programming is based on the prescribed failure probabilities, which is an effective approach of stochastic programming if it can be formulated as an equivalent deterministic optimization problem. We restrict uncertainty to strength, the loading is still deterministic. A new formulation is derived in case of random strength with lognormal distribution. Upper bound and lower bound shakedown load factors are calculated simultaneously by a dual algorithm.
With the increased interest for interstellar exploration after the discovery of exoplanets and the proposal by Breakthrough Starshot, this paper investigates the optimisation of photon-sail trajectories in Alpha Centauri. The prime objective is to find the optimal steering strategy for a photonic sail to get captured around one of the stars after a minimum-time transfer from Earth. By extending the idea of the Breakthrough Starshot project with a deceleration phase upon arrival, the mission’s scientific yield will be increased. As a secondary objective, transfer trajectories between the stars and orbit-raising manoeuvres to explore the habitable zones of the stars are investigated. All trajectories are optimised for minimum time of flight using the trajectory optimisation software InTrance. Depending on the sail technology, interstellar travel times of 77.6-18,790 years can be achieved, which presents an average improvement of 30% with respect to previous work. Still, significant technological development is required to reach and be captured in the Alpha-Centauri system in less than a century. Therefore, a fly-through mission arguably remains the only option for a first exploratory mission to Alpha Centauri, but the enticing results obtained in this work provide perspective for future long-residence missions to our closest neighbouring star system.
Wald im Wandel
(2021)
Die Arbeit „Wald im Wandel“ beschäftigt sich mit dem derzeitigen Zustand des Waldes in Deutschland und seiner kulturhistorischen Bedeutung. Im dazugehörigen Kurzfilm sieht man Aufnahmen der menschlichen Einflussnahme auf den Wald. Diese wurden mit „waldromantischen“ Motiven umgestaltet.
Die Kraft „waldromantischer“ Bilder ist so überzeugend, dass hieraus Überlegungen zu einer klimapolitischen Kampagne entstanden sind. Diese sind auf einer Informations-Webpage mit dem Titel „Projekt: Wald im Wandel“ nachzulesen.
Die Arbeit schlägt eine Brücke vom kulturhistorischen Symbol „deutscher Wald“ hin zur Gegenwart - und dem Wald in Deutschland als einem potenziellen klimapolitischen Symbol.
The planned coal phase-out in Germany by 2038 will lead to the dismantling of power plants with a total capacity of approx. 30 GW. A possible further use of these assets is the conversion of the power plants to thermal storage power plants; the use of these power plants on the day-ahead market is considerably limited by their technical parameters. In this paper, the influence of the technical boundary conditions on the operating times of these storage facilities is presented. For this purpose, the storage power plants were described as an MILP problem and two price curves, one from 2015 with a relatively low renewable penetration (33 %) and one from 2020 with a high renewable energy penetration (51 %) are compared. The operating times were examined as a function of the technical parameters and the critical influencing factors were investigated. The thermal storage power plant operation duration and the energy shifted with the price curve of 2020
increases by more than 25 % compared to 2015.
Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.
KOMU entstand durch Analysieren der Veränderungen, die mit der Urbanisierung einhergehen - schnell schwindender Wohnraum, häufiges Umziehen und verschmolzene Raumnutzung.
KOMU ist ein modulares Regalsystem, das ermöglicht, problemlos aus denselben Bestandteilen immer wieder verschiedene Wohn- und Raumsituationen zu schaffen.
Das System ist komplett werkzeugfrei durch simples Ineinanderstecken aufzubauen. Weitere Add-Ons können über das gleiche Stecksystem in das Regal integriert werden, damit es perfekt an die Bedürfnisse des Kunden anpasst werden kann.
Durch klare Linien und eine cleane Designsprache fügt sich KOMU nahtlos in seine Umgebung ein und hilft, eine für den Kunden ideale Umgebung zu schaffen.
Ein Regal, das mitwächst - vielfältig und individuell.
7T MR Safety
(2021)
Eigenkapitalkosten sind eine wesentliche Determinante bei der Wertbestimmung von Unternehmen und Unternehmensteilen. Die Eigenkapitalkosten werden regelmäßig mittels des CAPM bestimmt. Für sog. konzerninterne Routinefunktionen mit geringem Risiko stellt diese Bestimmung mittels CAPM ein Problem dar, da börsennotierte Peergroups für eine zuverlässige Bestimmung des Beta-Faktors meist nicht identifizierbar sind. Damit ergeben sich bei Bewertungen von Routineunternehmen Unsicherheiten und Konfliktpotenzial in steuerlichen Betriebsprüfungen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick der in der Praxis genutzten Ansätze und stellt eine theoretische Fundierung zur Bestimmung der Eigenkapitalkosten von konzerninternen Routinefunktionen vor. Dabei wird verdeutlicht, dass Eigenkapitalkosten von konzerninternen Routinefunktionen nicht denen des Gesamtkonzerns entsprechen und Praktikeransätze eine grundsätzliche Berechtigung besitzen.
During the Covid-19 pandemic, vocational colleges, universities of applied science and technical universities often had to cancel laboratory sessions requiring students’ attendance. These above of all are of decisive importance in order to give learners an understanding of theory through practical work.This paper is a contribution to the implementation of distance learning for laboratory work applicable for several upper secondary educational facilities. Its aim is to provide a paradigm for hybrid teaching to analyze and control a non-linear system depicted by a tank model. For this reason, we redesign a full series of laboratory sessions on the basis of various challenges. Thus, it is suitable to serve different reference levels of the European Qualifications Framework (EQF).We present problem-based learning through online platforms to compensate the lack of a laboratory learning environment. With a task deduced from their future profession, we give students the opportunity to develop own solutions in self-defined time intervals. A requirements specification provides the framework conditions in terms of time and content for students having to deal with the challenges of the project in a self-organized manner with regard to inhomogeneous previous knowledge. If the concept of Complete Action is introduced in classes before, they will automatically apply it while executing the project.The goal is to combine students’ scientific understanding with a procedural knowledge. We suggest a series of remote laboratory sessions that combine a problem formulation from the subject area of Measurement, Control and Automation Technology with a project assignment that is common in industry by providing extracts from a requirements specification.
Project work and inter disciplinarity are integral parts of today's engineering work. It is therefore important to incorporate these aspects into the curriculum of academic studies of engineering. At the faculty of Electrical Engineering and Information Technology an interdisciplinary project is part of the bachelor program to address these topics. Since the summer term 2020 most courses changed to online mode during the Covid-19 crisis including the interdisciplinary projects. This online mode introduces additional challenges to the execution of the projects, both for the students as well as for the lecture. The challenges, but also the risks and chances of this kind of project courses are subject of this paper, based on five different interdisciplinary projects
Cardiopulmonary bypass (CPB) is a standard technique for cardiac surgery, but comes with the risk of severe neurological complications (e.g. stroke) caused by embolisms and/or reduced cerebral perfusion. We report on an aortic cannula prototype design (optiCAN) with helical outflow and jet-splitting dispersion tip that could reduce the risk of embolic events and restores cerebral perfusion to 97.5% of physiological flow during CPB in vivo, whereas a commercial curved-tip cannula yields 74.6%. In further in vitro comparison, pressure loss and hemolysis parameters of optiCAN remain unaffected. Results are reproducibly confirmed in silico for an exemplary human aortic anatomy via computational fluid dynamics (CFD) simulations. Based on CFD simulations, we firstly show that optiCAN design improves aortic root washout, which reduces the risk of thromboembolism. Secondly, we identify regions of the aortic intima with increased risk of plaque release by correlating areas of enhanced plaque growth and high wall shear stresses (WSS). From this we propose another easy-to-manufacture cannula design (opti2CAN) that decreases areas burdened by high WSS, while preserving physiological cerebral flow and favorable hemodynamics. With this novel cannula design, we propose a cannulation option to reduce neurological complications and the prevalence of stroke in high-risk patients after CPB.
Thrombogenic complications are a main issue in mechanical circulatory support (MCS). There is no validated in vitro method available to quantitatively assess the thrombogenic performance of pulsatile MCS devices under realistic hemodynamic conditions. The aim of this study is to propose a method to evaluate the thrombogenic potential of new designs without the use of complex in-vivo trials. This study presents a novel in vitro method for reproducible thrombogenicity testing of pulsatile MCS systems using low molecular weight heparinized porcine blood. Blood parameters are continuously measured with full blood thromboelastometry (ROTEM; EXTEM, FIBTEM and a custom-made analysis HEPNATEM). Thrombus formation is optically observed after four hours of testing. The results of three experiments are presented each with two parallel loops. The area of thrombus formation inside the MCS device was reproducible. The implantation of a filter inside the loop catches embolizing thrombi without a measurable increase of platelet activation, allowing conclusions of the place of origin of thrombi inside the device. EXTEM and FIBTEM parameters such as clotting velocity (α) and maximum clot firmness (MCF) show a total decrease by around 6% with a characteristic kink after 180 minutes. HEPNATEM α and MCF rise within the first 180 minutes indicate a continuously increasing activation level of coagulation. After 180 minutes, the consumption of clotting factors prevails, resulting in a decrease of α and MCF. With the designed mock loop and the presented protocol we are able to identify thrombogenic hot spots inside a pulsatile pump and characterize their thrombogenic potential.
In positron emission tomography improving time, energy and spatial detector resolutions and using Compton kinematics introduces the possibility to reconstruct a radioactivity distribution image from scatter coincidences, thereby enhancing image quality. The number of single scattered coincidences alone is in the same order of magnitude as true coincidences. In this work, a compact Compton camera module based on monolithic scintillation material is investigated as a detector ring module. The detector interactions are simulated with Monte Carlo package GATE. The scattering angle inside the tissue is derived from the energy of the scattered photon, which results in a set of possible scattering trajectories or broken line of response. The Compton kinematics collimation reduces the number of solutions. Additionally, the time of flight information helps localize the position of the annihilation. One of the questions of this investigation is related to how the energy, spatial and temporal resolutions help confine the possible annihilation volume. A comparison of currently technically feasible detector resolutions (under laboratory conditions) demonstrates the influence on this annihilation volume and shows that energy and coincidence time resolution have a significant impact. An enhancement of the latter from 400 ps to 100 ps leads to a smaller annihilation volume of around 50%, while a change of the energy resolution in the absorber layer from 12% to 4.5% results in a reduction of 60%. The inclusion of single tissue-scattered data has the potential to increase the sensitivity of a scanner by a factor of 2 to 3 times. The concept can be further optimized and extended for multiple scatter coincidences and subsequently validated by a reconstruction algorithm.
Adapting augmented reality systems to the users’ needs using gamification and error solving methods
(2021)
Animations of virtual items in AR support systems are typically predefined and lack interactions with dynamic physical environments. AR applications rarely consider users’ preferences and do not provide customized spontaneous support under unknown situations. This research focuses on developing adaptive, error-tolerant AR systems based on directed acyclic graphs and error resolving strategies. Using this approach, users will have more freedom of choice during AR supported work, which leads to more efficient workflows. Error correction methods based on CAD models and predefined process data create individual support possibilities. The framework is implemented in the Industry 4.0 model factory at FH Aachen.
The course Physics for Electrical Engineering is part of the curriculum of the bachelor program Electrical Engineering at University of Applied Science Aachen.
Before covid-19 the course was conducted in a rather traditional way with all parts (lecture, exercise and lab) face-to-face. This teaching approach changed fundamentally within a week when the covid-19 limitations forced all courses to distance learning. All parts of the course were transformed to pure distance learning including synchronous and asynchronous parts for the lecture, live online-sessions for the exercises and self-paced labs at home. Using these methods, the course was able to impart the required knowledge and competencies. Taking the teacher’s observations of the student’s learning behaviour and engagement, the formal and informal feedback of the students and the results of the exams into account, the new methods are evaluated with respect to effectiveness, sustainability and suitability for competence transfer. Based on this analysis strong and weak points of the concept and countermeasures to solve the weak points were identified. The analysis further leads to a sustainable teaching approach combining synchronous and asynchronous parts with self-paced learning times that can be used in a very flexible manner for different learning scenarios, pure online, hybrid (mixture of online and presence times) and pure presence teaching.
The transition within transportation towards battery electric vehicles can lead to a more sustainable future. To account for the development goal ‘climate action’ stated by the United Nations, it is mandatory, within the conceptual design phase, to derive energy-efficient system designs. One barrier is the uncertainty of the driving behaviour within the usage phase. This uncertainty is often addressed by using a stochastic synthesis process to derive representative driving cycles and by using cycle-based optimization. To deal with this uncertainty, a new approach based on a stochastic optimization program is presented. This leads to an optimization model that is solved with an exact solver. It is compared to a system design approach based on driving cycles and a genetic algorithm solver. Both approaches are applied to find efficient electric powertrains with fixed-speed and multi-speed transmissions. Hence, the similarities, differences and respective advantages of each optimization procedure are discussed.
Modern industry and multi-discipline projects require highly trained individuals with resilient science and engineering back-grounds. Graduates must be able to agilely apply excellent theoretical knowledge in their subject matter as well as essential practical “hands-on” knowledge of diverse working processes to solve complex problems. To meet these demands, university education follows the concept of Constructive Alignment and thus increasingly adopts the teaching of necessary practical skills to the actual industry requirements and assessment routines. However, a systematic approach to coherently align these three central teaching demands is strangely absent from current university curricula. We demonstrate the feasibility of implementing practical assessments in a regular theory-based examination, thus defining the term “blended assessment”. We assessed a course for natural science and engineering students pursuing a career in biomedical engineering, and evaluated the benefit of blended assessment exams for students and lecturers. Our controlled study assessed the physiological background of electrocardiograms (ECGs), the practical measurement of ECG curves, and their interpretation of basic pathologic alterations. To study on long time effects, students have been assessed on the topic twice with a time lag of 6 months. Our findings suggest a significant improvement in student gain with respect to practical skills and theoretical knowledge. The results of the reassessments support these outcomes. From the lecturers ́ point of view, blended assessment complements practical training courses while keeping organizational effort manageable. We consider blended assessment a viable tool for providing an improved student gain, industry-ready education format that should be evaluated and established further to prepare university graduates optimally for their future careers.
For typical cases of non-isolated lightning protection systems (LPS) the impulse currents are investigated which may flow through a human body directly touching a structural part of the LPS. Based on a basic LPS model with conventional down-conductors especially the cases of external and internal steel columns and metal façades are considered and compared. Numerical simulations of the line quantities voltages and currents in the time domain are performed with an equivalent circuit of the entire LPS.
As a result it can be stated that by increasing the number of conventional down-conductors and external steel columns the threat for a human being can indeed be reduced, but not down to an acceptable limit. In case of internal steel columns used as natural down-conductors the threat can be reduced sufficiently, depending on the low-resistive connection of the steel columns to the lightning equipotential bonding or the earth termination system, resp. If a metal façade is used the threat for human beings touching is usually very low, if the façade is sufficiently interconnected and multiply connected to the lightning equipotential bonding or the earth termination system, resp.
Anyone who has always wanted to understand the hieroglyphs on Sheldon's blackboard in the TV series The Big Bang Theory or who wanted to know exactly what the fate of Schrödinger's cat is all about will find a short, descriptive introduction to the world of quantum mechanics in this essential. The text particularly focuses on the mathematical description in the Hilbert space. The content goes beyond popular scientific presentations, but is nevertheless suitable for readers without special prior knowledge thanks to the clear examples.
Die Studie erörtert anhand eines Fallbeispiels aus der Mathematik für Ingenieur*innen, wie didaktische Gestaltungsprinzipien für Soziale Präsenz, Kollaboration und das Lösen von praxisnahen Problemen mit mathematischem Denken in einer Online-Umgebung aussehen können. Hierfür zieht der
Beitrag den forschungsmethodologischen Rahmen Design-Based Research (DBR) hinzu und berichtet über Zwischenergebnisse. DBR wird an dieser Stelle als eine systematische Herangehensweise an kurzfristige Lehrveränderungen und als Chance auf dem Weg zu einer neuen Hochschullehre nach der COVID-19-Pandemie dargestellt, die theoretische und empirische Erkenntnisse mit Praxisverknüpfung und -relevanz vereint.
Für die Herstellung von metallischen Bauteilen wird in der heutigen Zeit eine Vielzahl von Verfahren auf dem Markt angeboten. Dabei stehen die additiven im Wettbewerb zu den konventionellen Verfahren. Die erreichbaren Oberflächenqualitäten der additiven sind nicht mit denen spanender Verfahren vergleichbar. Für diesen Beitrag wurde analysiert, ob sich ein mittels Selektivem Laserschmelzen (SLM) additiv hergestellter Edelstahl hinsichtlich seiner Oberflächenqualität nach der Zerspanung von einem umgeformten konventionell hergestellten Edelstahl gleicher Sorte unterscheidet.
A new method for improved autoclave loading within the restrictive framework of helicopter manufacturing is proposed. It is derived from experimental and numerical studies of the curing process and aims at optimizing tooling positions in the autoclave for fast and homogeneous heat-up. The mold positioning is based on two sets of information. The thermal properties of the molds, which can be determined via semi-empirical thermal simulation. The second information is a previously determined distribution of heat transfer coefficients inside the autoclave. Finally, an experimental proof of concept is performed to show a cycle time reduction of up to 31% using the proposed methodology.
Dieses Lehrbuch vermittelt die Grundlagen der Wärmeübertragung sowie den Umgang mit EXCEL-VBA von der Erstellung von Makros bis zu benutzerdefinierten Funktionen. Es legt damit eine Basis für die schnelle und professionelle Durchführung von Berechnungen und Simulationen. Die angeleitete Erstellung von Berechnungsmodulen mit EXCEL und VBA aus allen wichtigen Bereichen der Wärmeübertragung bildet den inhaltlichen Schwerpunkt. Dazu zählen die stationäre Wärmeleitung und der stationäre Wärmedurchgang, die instationäre Wärmeleitung, der Wärmeübergang bei freier und erzwungener Konvektion sowie die Wärmestrahlung und der Wärmeübergang beim Kondensieren und Sieden. Soweit sinnvoll und möglich werden die Stoffwertekorrelationen und die Berechnungsvorschriften aus dem VDI-Wärmeatlas verwendet. Für ausgewählte Anwendungen werden zudem komplexere Auslegungen und Simulationen von Prozessen der Wärmeübertragung sowie von Wärmeübertragern erstellt. Die Zielgruppen: Studierende in Bachelor- und Masterstudiengängen, Praktiker im Engineering