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Pandemische Momente
(2022)
The optical properties of the thin metalized polymer films that are projected for solar sails are assumed to be affected by the erosive effects of the space environment. Their degradation behavior in the real space environment, however, is to a considerable degree indefinite, because initial ground test results are controversial and relevant inspace tests have not been made so far. The standard optical solar sail models that are currently used for trajectory design do not take optical degradation into account, hence its potential effects on trajectory design have not been investigated so far. Nevertheless, optical degradation is important for high-fidelity solar sail mission design, because it decreases both the magnitude of the solar radiation pressure force acting on the sail and also the sail control authority. Therefore, we propose a simple parametric optical solar sail degradation model that describes the variation of the sail film’s optical coefficients with time, depending on the sail film’s environmental history, i.e., the radiation dose. The primary intention of our model is not to describe the exact behavior of specific film-coating combinations in the real space environment, but to provide a more general parametric framework for describing the general optical degradation behavior of solar sails. Using our model, the effects of different optical degradation behaviors on trajectory design are investigated for various exemplary missions.
An Interstellar – Heliopause mission using a combination of solar/radioisotope electric propulsion
(2011)
There is common agreement within the scientific community that in order to understand our local galactic environment it will be necessary to send a spacecraft into the region beyond the solar wind termination shock. Considering distances of 200 AU for a new mission, one needs a spacecraft travelling at a speed of close to 10 AU/yr in order to keep the mission duration in the range of less than 25 yrs, a transfer time postulated by ESA.Two propulsion options for the mission have been proposed and discussed so far: the solar sail propulsion and the ballistic/radioisotope electric propulsion. As a further alternative, we here investigate a combination of solar-electric propulsion and radioisotope-electric propulsion. The solar-electric propulsion stage consists of six 22 cm diameter “RIT-22”ion thrusters working with a high specific impulse of 7377 s corresponding to a positive grid voltage of 5 kV. Solar power of 53 kW BOM is provided by a light-weight solar array. The REP-stage consists of four space-proven 10 cm diameter “RIT-10” ion thrusters that will be operating one after the other for 9 yrs in total. Four advanced radioisotope generators provide 648 W at BOM. The scientific instrument package is oriented at earlier studies. For its mass and electric power requirement 35 kg and 35 W are assessed, respectively. Optimized trajectory calculations, treated in a separate contribution, are based on our “InTrance” method.The program yields a burn out of the REP stage in a distance of 79.6 AU for a usage of 154 kg of Xe propellant. With a C3 = 45,1 (km/s)2 a heliocentric probe velocity of 10 AU/yr is reached at this distance, provided a close Jupiter gravity assist adds a velocity increment of 2.7 AU/yr. A transfer time of 23.8 yrs results for this scenario requiring about 450 kg Xe for the SEP stage, jettisoned at 3 AU. We interpret the SEP/REP propulsion as a competing alternative to solar sail and ballistic/REP propulsion. Omiting a Jupiter fly-by even allows more launch flexibility, leaving the mission duration in the range of the ESA specification.
Following the successful PHILAE landing with ESA's ROSETTA probe and the launch of the MINERVA rovers and the Mobile Asteroid Surface Scout, MASCOT, aboard the JAXA space probe, HAYABUSA2, to asteroid (162173) Ryugu, small landers have found increasing interest. Integrated at the instrument level in their mothership they support small solar system body studies. With efficient capabilities, resource-friendly design and inherent robustness they are an attractive exploration mission element. We discuss advantages and constraints of small sub-spacecraft, focusing on emerging areas of activity such as asteroid diversity studies, planetary defence, and asteroid mining, on the background of our projects PHILAE, MASCOT, MASCOT2, the JAXA-DLR Solar Power Sail Lander Design Study, and others. The GOSSAMER-1 solar sail deployment concept also involves independent separable sub-spacecraft operating synchronized to deploy the sail. Small spacecraft require big changes in the way we do things and occasionally a little more effort than would be anticipated based on a traditional large spacecraft approach. In a Constraints-Driven Engineering environment we apply Concurrent Design and Engineering (CD/CE), Concurrent Assembly, Integration and Verification (CAIV) and Model-Based Systems Engineering (MBSE). Near-term solar sails will likely be small spacecraft which we expect to harmonize well with nano-scale separable instrument payload packages.
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.
In this article we describe an Internet-of-Things sensing device with a wireless interface which is powered by the oftenoverlooked harvesting method of the Wiegand effect. The sensor can determine position, temperature or other resistively measurable quantities and can transmit the data via an ultra-low power ultra-wideband (UWB) data transmitter. With this approach we can energy-self-sufficiently acquire, process, and wirelessly transmit data in a pulsed operation. A proof-of-concept system was built up to prove the feasibility of the approach. The energy consumption of the system is analyzed and traced back in detail to the individual components, compared to the generated energy and processed to identify further optimization options. Based on the proof-of-concept, an application demonstrator was developed. Finally, we point out possible use cases.
Durch demographischen Wandel wird der Kontrast zwischen der starr über Grenzziehung definierten Kartographie und der tatsächlichen Bewegung von Menschen immer stärker. In dieser Arbeit wird der vermeintlichen Neutralität einer gewöhnlichen Karte auf den Zahn gefühlt. Denn statt sich auf die geografischen Regeln zu beschränken, versteht sie den Raum als ein komplexes Netzwerk sozialer Beziehungszusammenhänge. Sie orientiert sich dafür an migrantischen Lebensgeschichten, die zahlreiche Verbindungen zwischen unterschiedliche Orte spannen. Die Dreidimensionalität dieser Konstruktion öffnet dazu den Blick für die vielen Dimensionen dieser geografischen Bewegung. Durch den Perspektivwechsel wird der Ansatz hinterfragt, unter dem Kartographie bis jetzt betrachtet wurde. Das Raumkonzept wird weiter-gedacht – über Grenzen hinweg.
In dieser Arbeit wurden kinetische Piktogramme als Kommunikationsmittel für das Stadttheater Aachen erstellt. Diese sollen als Erweiterung des bestehenden Corporate Designs ein jüngeres Publikum zu der bestehenden Zuschauerschaft hinzugewinnen. Die Piktogramme sind dabei inhaltlich an verschiedene Aufführungen des Theaters angepasst und unterstützen die Typografie in animierten Plakaten für die Außenwerbung.
Die Umsetzung der kinetischen Piktogramme wurde als Variable Font vollzogen. Damit lässt sich der Schriftschnitt durch verschiedene Interpolation-Achsen nach Belieben manipulieren. Dazu werden die Zwischenschritte automatisch errechnet, was die Technik optimal für eine 2D-Animation macht.
Anhand konkreter Anwendungsbeispiele zeigt diese Arbeit die vielen Vorteile von Variable Fonts und wirft damit einen Blick in das weite Feld ihrer spannenden Möglichkeiten, die bis dato längst noch nicht voll ausgeschöpft wurden.
Die „Orgasmuslücke“ ist ein Begriff aus der Sexualforschung, der die Ungleichheit von Orgasmen zwischen den verschiedenen Geschlechtern und Sexualitäten beschreibt. Sie beruht dabei vor allem auf das problematische Verständnis von Sex, das durch verschiedene kulturelle Einflüsse vermittelt wird. Um über diese Einflüsse aufzuklären, wurde das Format „fuckfulness“ konzipiert. Mithilfe von animierten Videos und darauf aufbauendem Social-Media-Content befasst sich „fuckfulness“ ausführlich mit allen Hintergründen der Orgasmuslücke und gestaltet sexuelle Aufklärung neu. Durch junge und moderne Kommunikation wird das Projekt auch für eine jüngere Zielgruppe unterhaltsam. Ziel ist ein neues Verständnis von Sex, in dem die Bedürfnisse der Frau gleichberechtigt neben denen des Mannes stehen und entsprechende Beachtung finden. So soll die Orgasmuslücke schmaler werden, damit die Gleichstellung endlich auch in den eigenen vier Wänden gelebt werden kann.
Tierpatenschaften bilden einen notwendigen Bestandteil, um Gelder für den Artenschutz zu akquirieren und sowohl in Tierschutzprojekte als auch in die Erhaltung der Lebensräume zu investieren. Doch um weiterhin Pat:Innen zu gewinnen und die Spendenbereitschaft zu steigern, müssen Patenschaften persönlicher werden. Dafür schafft dieses Projekt eine neue Form der Patenschaft, die in einer vorwiegend digitalen Kampagne beworben wird. Mithilfe von Kooperationen über Instagram gewinnt das Thema an Reichweite. Unter dem Motto "ganz nah dran“ überwindet die Kampagne die physische Distanz zwischen Wildtier und Pat:In durch virtuelle Erlebnisse und schafft somit eine emotionale Verbindung. Dadurch steigt nicht die Spendenbereitschaft für das Patentier an sich, sondern ihm zuliebe eben auch für den Schutz des Lebensraums. Damit öffnet dieses Konzept den Blick für unkonventionelle Lösungen zum Erhalt der Wildtiere in Deutschland.
Menschliche Kommunikation ist geprägt von Sprichwörtern und Redewendungen. Von Generation zu Generation weitergegeben, spiegeln sie Lebenserfahrungen, Traditionen und Moralvorstellungen wider, die sich im Laufe der Zeit im allgemeinen Sprachgebrauch etabliert haben.
Redensarten werden von Menschen auf der ganzen Welt verwendet. Häufig stammen diese bildhaften Vergleiche aus dem Tierreich, was auf die lange gemeinsame Vergangenheit von Tier und Mensch zurückzuführen ist. Bis heute spielen Tiere eine besondere Rolle im Alltag vieler Menschen.
Die Ausdrücke, die in dem Sachbuch „Wie ein Stier im Porzellanladen“ illustrativ und textlich veranschaulicht werden, sind Redensarten über Tiere aus verschiedenen Zeiten, Sprachen und Ländern. Manche werden Lesenden bekannt vorkommen, andere öffnen den Blick für neue Ausdrucksweisen. Sie amüsieren in ihrer faszinierenden Vielfalt durch erfrischenden Humor. Das Buch offenbart auf unterhaltsame Weise, wie ähnlich die Gedanken der Menschen, die sich in spannenden Analogien zwischen Sprachen und Kulturen widerspiegeln, bei näherer Betrachtung eigentlich sind.
aco : eine digitale Anwendung zur Verbesserung der Lebensqualität
von Neurodermitis-Patient:innen
(2022)
Neurodermitis hat in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen. Etwa 10 bis 15 Prozent der Kinder und 2,5 bis 3,5 Prozent der Erwachsenen sind davon betroffen. Für sie stellen Auswirkungen der Hautkrankheit auf Körper und Psyche eine enorme Einschränkung der Lebensqualität dar.
Die App „aco“ möchte Neurodermitis-Patient:Innen dabei unterstützen, ihre Behandlung selbst in die Hand zu nehmen. Eine ganzheitliche Therapie umfasst eben nicht nur Fachpersonen, sondern auch Patient:Innen selbst. Durch eine regelmäßige Dokumentation ermöglicht die Anwendung eine aktive Auseinandersetzung mit der Krankheit. Triggerfaktoren werden ausgewertet und es wird Wissen über Behandlungsmöglichkeiten vermittelt. Zudem wird ein Austausch ermöglicht, der emotionale und praktische Unterstützung bieten soll. Damit möchte „aco“ Betroffenen eine Möglichkeit geben, das Ruder selbst in die Hand zu nehmen und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Therapie von Neurodermitis.
Der „Male Gaze“ bezeichnet das typische Erleben der Umwelt aus männlicher Perspektive und prägt in den sogenannten Mainstream-Medien die Gestaltung von Film, Fernsehen und Werbung. Dadurch werden von dargestellten Personen häufig die körperlichen Aspekte hervorgehoben. Im Gegensatz dazu gilt das weibliche Pendant, der „Female Gaze“, als besonders emotionsbetont. Weil Medien einen enormen Einfluss auf gesellschaftliches und individuelles Denken haben, stellt die Dominanz des „Male Gaze“ eine Unausgeglichenheit dar, die sich in verschiedenen Bereichen des gesellschaftlichen Lebens widerspiegelt. Deswegen möchte dieses Projekt die Medien um die weibliche Sichtweise erweitern und damit die dort transportierten Bilder diverser und ausgewogener machen. Die Fotografie fokussiert sich dabei auf die Gefühlswelt der Protagonistin, womit die Betrachter:Innen schrittweise in ihre Position hineinversetzt werden sollen. Mit Augen des Mitgefühls und eigenem Schönheitsbegriff lässt „Falling in love with the female gaze“ endlich auch die Frau zu Wort kommen.
Bereits ein einziger prüfender Blick in einen klassischen Privathaushalt vermittelt einen ersten Eindruck davon, wie allgegenwärtig Kunststoff im menschlichen Leben ist.
Häufig übersehen wird dabei Mikroplastik, welches im Verhältnis zu seinen gravierenden Auswirkungen auf Mensch und Umwelt in der öffentlichen Diskussion bislang noch wenig Beachtung findet. Das führt dazu, dass die Problematik durch unaufgeklärten Konsum weiter angefacht wird.
Die Gestaltung des visuellen Magazins möchte über die Konsequenzen von Mikroplastik aufklären und das Bewusstsein über das persönliche Konsumverhalten schärfen.
Mithilfe kurzer Infotexte wird die Problematik aus der wissenschaftlichen Perspektive der Umweltorganisationen beleuchtet und durch ausgewählte Mikroskop-Aufnahmen illustriert. Hiermit werden unsichtbare Krisentreiber endlich sichtbar gemacht.
"I Was Here!"
(2022)
Die Menschheit erlebt aktuell Zeiten drastischen Wandels. Deswegen könnte es wohltun, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen und sich darauf zu besinnen, wo die Menschen herkommen, wer sie waren und was seitdem bereits erreicht wurde.
In dieser Grafiknovelle wird ein kleiner Steinzeitjunge namens Muami begleitet, der vor 35.000 Jahren die Vergänglichkeit des Lebens kennenlernt. Im Verlauf des folgenden Jahres erfindet er die Selbstverewigung in der Höhlenmalerei.
Mit seiner Figur soll aufgezeigt werden, dass die frühen Europäer eben keine primitiven Halbaffen, sondern intelligente und außerdem zutiefst kreative Menschen waren. Trotz ihrer rauen Umwelt waren ihre Sorgen und Freuden den unseren gar nicht so unähnlich. „I Was Here!“ ist ein Versuch, ein authentisches Porträt jener Menschen zu schaffen und dabei ihrer Welt, ihrem Leben und ihrer Kunst gerecht zu werden.
[NON]HUMAN
(2022)
"[NON]HUMAN“ ist ein 3D-animierter Kurzfilm, der in einer Zombieapokalypse spielt und sich mit dem Thema der Menschlichkeit befasst. Welche Taten können gerechtfertigt werden und welche nicht? Die Handlungsmöglichkeiten der Menschen im Zuge des Ausbruchs eines neuen Virus werfen viele moralische Fragen auf, mit denen zwischen den Zeilen gerungen wird. Denn in diesem Film bestimmen sie Leben und Tod.
Das Ziel dieser Arbeit war es, eine simple Geschichte spannend zu erzählen, indem das Publikum durch eindrucksstarke Bilder gefesselt wird. Dabei eröffnen 3D-Animationen neue Möglichkeiten, die insbesondere in den Aufnahmen der zerstörten Stadt zur Geltung kommen. Diese Arbeit zeigt spielerisch, wie sich mit etwas technischem Know-How auch ohne großem Budget hochwertige Filme drehen lässt, indem man das Potential smart ausschöpft.
Der „Goldregen“ beschäftigt sich damit, wie Ereignisse der Kindheit nachhaltig das Erwachsenenleben beeinflussen können.
Erik ist skeptisch, als er wegen körperlichen Beschwerden zum Psychotherapeuten geschickt wird. Zunächst weigert sich, die Therapie überhaupt ernst zu nehmen. Doch im Laufe der Sitzungen erfährt er immer mehr über sich selbst. Schlussendlich kommen Erinnerungen an verdrängte Kindheitstraumata hoch, und Erik erkennt den Zusammenhang zu seinem gegenwärtigen Leiden.
Der Anspruch an den Film war, durch gezielte Gestaltung Dynamik und Spannung in einem dialoggetragenen Kammerspiel zu vermitteln. Bildsprache und Musik wurden dazu gezielt auf den Film abgestimmt, um die Handlung bestmöglich zu unterstützen.
„Goldregen“ soll die Zuschauer:Innen zum Nachdenken und Diskutieren anregen, um verbreitete Berührungsängste zum Thema der mentalen Gesundheit abzubauen und Vorbehalte zur Wirksamkeit einer Therapie auf den Prüfstand zu stellen.
"Die Bachelorarbeit “Music of the Spheres” soll wissenschaftliche und künstlerische Elemente zum Thema “Klang der Planeten” in Form einer populärwissenschaftlichen Publikation versammeln. Seit Beginn der Menschheit fasziniert uns der Blick in den nächtlichen Sternenhimmel. Einher geht die Sehnsucht des Unbekannten, die unsere Fantasie beflügelt. Als auf die Erde gebundenen Lebewesens treibt uns der Drang, mehr über das Universum da draußen herauszufinden. Dieses Spannungsfeld zwischen Wissensdrang und Fantasie ist eine interessante Grundlage für die geplante Bachelorarbeit.
In der Bachelorarbeit sollen unsere Emotionen mit wissenschaftlichen Erkenntnissen verbunden werden. Für das menschliche Ohr ist die Klangwelt des Weltalls, verursacht durch die sich bewegenden Planeten, ohne Hilfsmittel nicht hörbar. Nach unseren bekannten physikalischen Erkenntnissen ist es im Weltraum komplett still, aufgrund des im All vorherrschenden Vakuums. Der Schall kann sich nicht wie auf der Erde über Schallwellen ausbreiten. In der Publikation soll der Klang der Planeten beschrieben bzw. dargestellt werden. Die wissenschaftshistorische Dimension soll aufgezeigt werden. So hat man sich zum Beispiel in der Antike musikalische und lyrische Bilder davon gemacht, wie sich der Klang des Weltalls und der Planeten anhören könnte. Weiterhin faszinierte diese Frage Künstler unterschiedlicher Epochen und Stilrichtungen, und ist bis heute ein Thema das Anlaß zu künstlerischem Schaffen gibt.
In Form einer Printpublikation soll die Bachelorarbeit historische Thesen und aktuelle wissenschaftliche Texte, Forschungsberichte und Klangdokumente zusammenbringen, literarische und musikalische Umsetzungen zum Thema aufzeigen, und mit wissenschaftlichem und künstlerisch-interpretativem Bildmaterial vereinen.
Um das Thema visuell zu veranschaulichen, sollen die Texte durch Bilder und Siebdrucke ergänzt werden. Selbst erstellte Siebdruck Experimente könnten mit- und ineinander verknüpft werden. Die Publikation weißt ein durchgehendes Gestaltungskonzept auf, welches Texte, Illustrationen und Bildmaterial als Einheit verknüpfen und wiedererkennbar machen. Ebenfalls ist die Auswahl der verwendeten Materialien und Verarbeitungstechniken, wie Druck, Bindung und Papier zu beachten. Neben dem Text- und Bildmaterial werden Klang-Beispiele eingebunden durch QR Codes. So kann der Leser den QR Code der Siebdrucke scannen, um den von der US-Weltraumorganisation NASA erstellten Klang des Planeten anzuhören. Oder ausgehend von wissenschaftlichem Bildmaterial kann der Leser per Scan eine musikalische Partition zum entsprechenden Planeten anhören.
Die angestrebte Zielgruppe besteht aus Wissenschafts- und Designaffinen Personen, die sich insbesondere für den Weltraum interessieren. Entsprechend soll die Gestaltung informativ und gleichzeitig zeitgenössisch sein, um Aufmerksamkeit zu erregen. Mit dem Inhalt der Publikation soll dem Leser gleichzeitig auch der Klang der Planeten hörbar zugänglich gemacht werden.
GummiQs Reisen
(2022)
Dieser Film ist ein Trailer zur Mini-Serie GummiQs Reisen, welche von den fantastischen Abenteuern der Entdeckerinnen GummiQ und Kreska Krähenschreck erzählt.
Gemeinsam erkunden sie auf ihrem Kahn, der Kaleidoskop?, eine lebensfrohe Ozeanwelt, die mit winzigen, einzigartigen Inseln gespickt ist. Im Gegensatz zur jungen GummiQ, die zum ersten Mal verreist, ist Kreska schon eine erfahrene Seefahrerin und wird GummiQs Kapitänin und Mentorin. Sie leitet GummiQ nicht nur durch das Meer, sondern auch durch philosophische Gefilde. Denn jede Insel birgt ein eigenes soziales Dilemma, welches das ungewöhnliche Paar immer wieder dazu herausfordert, die Welt zu hinterfragen, von der sie glaubten, sie zu kennen.
Gesprochen von Marianne Graffam. Musik von Eric Michels.
Geschrieben und produziert von Miriam De Stefano und Mara Asmuth.
Sleep spindles are neurophysiological phenomena that appear to be linked to memory formation and other functions of the central nervous system, and that can be observed in electroencephalographic recordings (EEG) during sleep. Manually identified spindle annotations in EEG recordings suffer from substantial intra- and inter-rater variability, even if raters have been highly trained, which reduces the reliability of spindle measures as a research and diagnostic tool. The Massive Online Data Annotation (MODA) project has recently addressed this problem by forming a consensus from multiple such rating experts, thus providing a corpus of spindle annotations of enhanced quality. Based on this dataset, we present a U-Net-type deep neural network model to automatically detect sleep spindles. Our model’s performance exceeds that of the state-of-the-art detector and of most experts in the MODA dataset. We observed improved detection accuracy in subjects of all ages, including older individuals whose spindles are particularly challenging to detect reliably. Our results underline the potential of automated methods to do repetitive cumbersome tasks with super-human performance.
The existence of several mobile operating systems, such as Android and iOS, is a challenge for developers because the individual platforms are not compatible with each other and require separate app developments. For this reason, cross-platform approaches have become popular but lack in cloning the native behavior of the different operating systems. Out of the plenty cross-platform approaches, the progressive web app (PWA) approach is perceived as promising but needs further investigation. Therefore, the paper at hand aims at investigating whether PWAs are a suitable alternative for native apps by developing a PWA clone of an existing app. Two surveys are conducted in which potential users test and evaluate the PWA prototype with regard to its usability. The survey results indicate that PWAs have great potential, but cannot be treated as a general alternative to native apps. For guiding developers when and how to use PWAs, four design guidelines for the development of PWA-based apps are derived based on the results.
The concept of a laser-enhanced solar sail is introduced and the radiation pressure force model for an ideal laser-enhanced solar sail is derived. A laser-enhanced solar sail is a “traditional” solar sail that is, however, not solely propelled by solar radiation, but additionally by a laser beam that illuminates the sail. The additional laser radiation pressure increases the sail's propulsive force and can give, depending on the location of the laser source, more control authority over the direction of the solar sail’s propulsive force vector. This way, laser-enhanced solar sails may augment already existing solar sail mission concepts and make novel mission concepts feasible.
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.
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.
Searching optimal interplanetary trajectories for low-thrust spacecraft is usually a difficult and time-consuming task that involves much experience and expert knowledge in astrodynamics and optimal control theory. This is because the convergence behavior of traditional local optimizers, which are based on numerical optimal control methods, depends on an adequate initial guess, which is often hard to find, especially for very-low-thrust trajectories that necessitate many revolutions around the sun. The obtained solutions are typically close to the initial guess that is rarely close to the (unknown) global optimum. Within this paper, trajectory optimization problems are attacked from the perspective of artificial intelligence and machine learning. Inspired by natural archetypes, a smart global method for low-thrust trajectory optimization is proposed that fuses artificial neural networks and evolutionary algorithms into so-called evolutionary neurocontrollers. This novel method runs without an initial guess and does not require the attendance of an expert in astrodynamics and optimal control theory. This paper details how evolutionary neurocontrol works and how it could be implemented. The performance of the method is assessed for three different interplanetary missions with a thrust to mass ratio <0.15mN/kg (solar sail and nuclear electric).
We propose a simple parametric OSSD model that describes the variation of the sail film's optical coefficients with time, depending on the sail film's environmental history, i.e., the radiation dose. The primary intention of our model is not to describe the exact behavior of specific film-coating combinations in the real space environment, but to provide a more general parametric framework for describing the general optical degradation behavior of solar sails.
By DLR-contact, sample return missions to the large main-belt asteroid “19, Fortuna” have been studied. The mission scenario has been based on three ion thrusters of the RIT-22 model, which is presently under space qualification, and on solar arrays equipped with triple-junction GaAs solar cells. After having designed the spacecraft, the orbit-to-orbit trajectories for both, a one-way SEP mission with a chemical sample return and an all-SEP return mission, have been optimized using a combination of artificial neural networks with evolutionary algorithms. Additionally, body-to-body trajectories have been
investigated within a launch period between 2012 and 2015. For orbit-to-orbit calculation, the launch masses of the hybrid mission and of the all-SEP mission resulted in 2.05 tons and 1.56 tons, respectively, including a scientific payload of 246 kg. For the related transfer
durations 4.14 yrs and 4.62 yrs were obtained. Finally, a comparison between the mission scenarios based on SEP and on NEP have been carried out favouring clearly SEP.
The recently proposed NASA and ESA missions to Saturn and Jupiter pose difficult tasks to mission designers because chemical propulsion scenarios are not capable of transferring heavy spacecraft into the outer solar system without the use of gravity assists. Thus our developed mission scenario based on the joint NASA/ESA Titan Saturn System Mission baselines solar electric propulsion to improve mission flexibility and transfer time. For the calculation of near-globally optimal low-thrust trajectories, we have used a method called Evolutionary Neurocontrol, which is implemented in the low-thrust trajectory optimization software InTrance. The studied solar electric propulsion scenario covers trajectory optimization of the interplanetary transfer including variations of the spacecraft's thrust level, the thrust unit's specific impulse and the solar power generator power level. Additionally developed software extensions enabled trajectory optimization with launcher-provided hyperbolic excess energy, a complex solar power generator model and a variable specific impulse ion engine model. For the investigated mission scenario, Evolutionary Neurocontrol yields good optimization results, which also hold valid for the more elaborate spacecraft models. Compared to Cassini/Huygens, the best found solutions have faster transfer times and a higher mission flexibility in general.
Solar-electric propulsion (SEP) is superior with
respect to payload capacity, flight time and
flexible launch window to the conventional
interplanetary transfer method using chemical
propulsion combined with gravity assists. This fact
results from the large exhaust velocities of electric
low–thrust propulsion and is favourable also for
missions to the giant planets, Kuiper-belt objects
and even for a heliopause probe (IHP) as shown in
three studies by the authors funded by DLR. They
dealt with a lander for Europa and a sample return
mission from a mainbelt asteroid [1], with the
TANDEM mission [2]; the third recent one
investigates electric propulsion for the transfer to
the edge of the solar system.
All studies are based on triple-junction solar arrays,
on rf-ion thrusters of the qualified RIT-22 type and
they use the intelligent trajectory optimization
program InTrance [3].
Contractile behavior of the gastrocnemius medialis muscle during running in simulated hypogravity
(2021)
Vigorous exercise countermeasures in microgravity can largely attenuate muscular degeneration, albeit the extent of applied loading is key for the extent of muscle wasting. Running on the International Space Station is usually performed with maximum loads of 70% body weight (0.7 g). However, it has not been investigated how the reduced musculoskeletal loading affects muscle and series elastic element dynamics, and thereby force and power generation. Therefore, this study examined the effects of running on the vertical treadmill facility, a ground-based analog, at simulated 0.7 g on gastrocnemius medialis contractile behavior. The results reveal that fascicle−series elastic element behavior differs between simulated hypogravity and 1 g running. Whilst shorter peak series elastic element lengths at simulated 0.7 g appear to be the result of lower muscular and gravitational forces acting on it, increased fascicle lengths and decreased velocities could not be anticipated, but may inform the development of optimized running training in hypogravity. However, whether the alterations in contractile behavior precipitate musculoskeletal degeneration warrants further study.
Plant viruses are major contributors to crop losses and induce high economic costs worldwide. For reliable, on-site and early detection of plant viral diseases, portable biosensors are of great interest. In this study, a field-effect SiO2-gate electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) sensor was utilized for the label-free electrostatic detection of tobacco mosaic virus (TMV) particles as a model plant pathogen. The capacitive EIS sensor has been characterized regarding its TMV sensitivity by means of constant-capacitance method. The EIS sensor was able to detect biotinylated TMV particles from a solution with a TMV concentration as low as 0.025 nM. A good correlation between the registered EIS sensor signal and the density of adsorbed TMV particles assessed from scanning electron microscopy images of the SiO2-gate chip surface was observed. Additionally, the isoelectric point of the biotinylated TMV particles was determined via zeta potential measurements and the influence of ionic strength of the measurement solution on the TMV-modified EIS sensor signal has been studied.
Solar sails provide ignificant advantages over other low-thrust propulsion systems because they produce thrust by the momentum exchange from solar radiation pressure (SRP) and thus do not consume any propellant.The force exerted on a very thin sail foil basically depends on the light incidence angle. Several analytical SRP force models that describe the SRP force acting on the sail have been established since the 1970s. All the widely used models use constant optical force coefficients of the reflecting sail material. In 2006,MENGALI et al. proposed a refined SRP force model that takes into account the dependancy of the force coefficients on the light incident angle,the sail’s distance from the sun (and thus the sail emperature) and the surface roughness of the sail material [1]. In this paper, the refined SRP force model is compared to the previous ones in order to identify the potential impact of the new model on the predicted capabilities of solar sails in performing low-cost interplanetary space missions. All force models have been implemented within InTrance, a global low-thrust trajectory optimization software utilizing evolutionary neurocontrol [2]. Two interplanetary rendezvous missions, to Mercury and the near-Earth asteroid 1996FG3, are investigated. Two solar sail performances in terms of characteristic acceleration are examined for both scenarios, 0.2 mm/s2 and 0.5 mm/s2, termed “low” and “medium” sail performance. In case of the refined SRP model, three different values of surface roughness are chosen, h = 0 nm, 10 nm and 25 nm. The results show that the refined SRP force model yields shorter transfer times than the standard model.
Flight times to the heliopause using a combination of solar and radioisotope electric propulsion
(2011)
We investigate the interplanetary flight of a low-thrust space probe to the heliopause,located at a distance of about 200 AU from the Sun. Our goal was to reach this distance within the 25 years postulated by ESA for such a mission (which is less ambitious than the 15-year goal set by NASA). Contrary to solar sail concepts and combinations of allistic and electrically propelled flight legs, we have investigated whether the set flight time limit could also be kept with a combination of solar-electric propulsion and a second, RTG-powered upper stage. The used ion engine type was the RIT-22 for the first stage and the RIT-10 for the second stage. Trajectory optimization was carried out with the low-thrust optimization program InTrance, which implements the method of Evolutionary Neurocontrol,using Artificial Neural Networks for spacecraft steering and Evolutionary Algorithms to optimize the Neural Networks’ parameter set. Based on a parameter space study, in which the number of thrust units, the unit’s specific impulse, and the relative size of the solar power generator were varied, we have chosen one configuration as reference. The transfer time of this reference configuration was 29.6 years and the fastest one, which is technically
more challenging, still required 28.3 years. As all flight times of this parameter study were longer than 25 years, we further shortened the transfer time by applying a launcher-provided hyperbolic excess energy up to 49 km2/s2. The resulting minimal flight time for the reference configuration was then 27.8 years. The following, more precise optimization to a launch with the European Ariane 5 ECA rocket reduced the transfer time to 27.5 years. This is the fastest mission design of our study that is flexible enough to allow a launch every
year. The inclusion of a fly-by at Jupiter finally resulted in a flight time of 23.8 years,which is below the set transfer-time limit. However, compared to the 27.5-year transfer,this mission design has a significantly reduced launch window and mission flexibility if the
escape direction is restricted to the heliosphere’s “nose".
This paper presents the laser-based powder bed fusion (L-PBF) using various glass powders (borosilicate and quartz glass). Compared to metals, these require adapted process strategies. First, the glass powders were characterized with regard to their material properties and their processability in the powder bed. This was followed by investigations of the melting behavior of the glass powders with different laser wavelengths (10.6 µm, 1070 nm). In particular, the experimental setup of a CO2 laser was adapted for the processing of glass powder. An experimental setup with integrated coaxial temperature measurement/control and an inductively heatable build platform was created. This allowed the L-PBF process to be carried out at the transformation temperature of the glasses. Furthermore, the component’s material quality was analyzed on three-dimensional test specimen with regard to porosity, roughness, density and geometrical accuracy in order to evaluate the developed L-PBF parameters and to open up possible applications.
There is common agreement within the scientific community that in order to understand our local galactic environment it will be necessary to send a spacecraft into the region beyond the solar wind termination shock. Considering distances of 200 AU for a new mission, one needs a spacecraft traveling at a speed of close to 10 AU/yr in order to keep the mission duration in the range of less than 25 yrs, a transfer time postulated by European Space Agency (ESA). Two propulsion options for the mission have been proposed and discussed so far: the solar sail propulsion and the ballistic/radioisotope-electric propulsion (REP). As a further alternative, we here investigate a combination of solar-electric propulsion (SEP) and REP. The SEP stage consists of six 22-cms diameter RIT-22 ion thrusters working with a high specific impulse of 7377 s corresponding to a positive grid voltage of 5 kV. Solar power of 53 kW at begin of mission (BOM) is provided by a lightweight solar array.
Photoelectrochemical (PEC) biosensors are a rather novel type of biosensors thatutilizelighttoprovideinformationaboutthecompositionofananalyte,enablinglight-controlled multi-analyte measurements. For enzymatic PEC biosensors,amperometric detection principles are already known in the literature. In con-trast, there is only a little information on H+-ion sensitive PEC biosensors. Inthis work, we demonstrate the detection of H+ions emerged by H+-generatingenzymes, exemplarily demonstrated with penicillinase as a model enzyme on atitanium dioxide photoanode. First, we describe the pH sensitivity of the sensorand study possible photoelectrocatalytic reactions with penicillin. Second, weshow the enzymatic PEC detection of penicillin.
A new functionalization method to modify capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structures with nanofilms is presented. Layers of polyallylamine hydrochloride (PAH) and graphene oxide (GO) with the compound polyaniline:poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PANI:PAAMPSA) are deposited onto a p-Si/SiO2 chip using the layer-by-layer technique (LbL). Two different enzymes (urease and penicillinase) are separately immobilized on top of a five-bilayer stack of the PAH:GO/PANI:PAAMPSA-modified EIS chip, forming a biosensor for detection of urea and penicillin, respectively. Electrochemical characterization is performed by constant capacitance (ConCap) measurements, and the film morphology is characterized by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). An increase in the average sensitivity of the modified biosensors (EIS–nanofilm–enzyme) of around 15% is found in relation to sensors, only carrying the enzyme but without the nanofilm (EIS–enzyme). In this sense, the nanofilm acts as a stable bioreceptor onto the EIS chip improving the output signal in terms of sensitivity and stability.
Miniaturized electrolyte–insulator–semiconductor capacitors (EISCAPs) with ultrathin gate insulators have been studied in terms of their pH-sensitive sensor characteristics: three different EISCAP systems consisting of Al–p-Si–Ta2O5(5 nm), Al–p-Si–Si3N4(1 or 2 nm)–Ta2O5 (5 nm), and Al–p-Si–SiO2(3.6 nm)–Ta2O5(5 nm) layer structures are characterized in buffer solution with different pH values by means of capacitance–voltage and constant capacitance method. The SiO2 and Si3N4 gate insulators are deposited by rapid thermal oxidation and rapid thermal nitridation, respectively, whereas the Ta2O5 film is prepared by atomic layer deposition. All EISCAP systems have a clear pH response, favoring the stacked gate insulators SiO2–Ta2O5 when considering the overall sensor characteristics, while the Si3N4(1 nm)–Ta2O5 stack delivers the largest accumulation capacitance (due to the lower equivalent oxide thickness) and a higher steepness in the slope of the capacitance–voltage curve among the studied stacked gate insulator systems.
Vitamin D plays an essential role in calcium and inorganic phosphate (Pi) homeostasis, maintaining their optimal levels to assure adequate bone mineralization. Vitamin D, as calcitriol (1,25(OH)2D), not only increases intestinal calcium and phosphate absorption but also facilitates their renal reabsorption, leading to elevated serum calcium and phosphate levels. The interaction of 1,25(OH)2D with its receptor (VDR) increases the efficiency of intestinal absorption of calcium to 30–40% and phosphate to nearly 80%. Serum phosphate levels can also influence 1,25 (OH)2D and fibroblast growth factor 23 (FGF23) levels, i.e., higher phosphate concentrations suppress vitamin D activation and stimulate parathyroid hormone (PTH) release, while a high FGF23 serum level leads to reduced vitamin D synthesis. In the vitamin D-deficient state, the intestinal calcium absorption decreases and the secretion of PTH increases, which in turn causes the stimulation of 1,25(OH)2D production, resulting in excessive urinary phosphate loss. Maintenance of phosphate homeostasis is essential as hyperphosphatemia is a risk factor of cardiovascular calcification, chronic kidney diseases (CKD), and premature aging, while hypophosphatemia is usually associated with rickets and osteomalacia. This chapter elaborates on the possible interactions between vitamin D and phosphate in health and disease.
This study reviews the practice of brake tests in freight railways, which is time consuming and not suitable to detect certain failure types. Public incident reports are analysed to derive a reasonable brake test hardware and communication architecture, which aims to provide automatic brake tests at lower cost than current solutions. The proposed solutions relies exclusively on brake pipe and brake cylinder pressure sensors, a brake release position switch as well as radio communication via standard protocols. The approach is embedded in the Wagon 4.0 concept, which is a holistic approach to a smart freight wagon. The reduction of manual processes yields a strong incentive due to high savings in manual
labour and increased productivity.
Kinder im Kontext von medizinischen Einrichtungen.
Kinder sind keine kleinen Erwachsenen und erfordern einen auf sie angepassten Zugang zu medizinischen Behandlungsabläufen. Das Konzept basiert auf dem Gestaltungsprinzip des „Child Centered Design“ mit Befragungen von Experten der Pädiatrie und Forschung sowie mit enger Zusammenarbeit mit Kindern.
Entstanden ist ein Produkt welches Skepsis und Angst junger Patienten im Alter von 6 bis 14 Jahren bei stationären Aufenthalten in Krankenhäusern mindert und ihren Heilungsprozess positiv unterstützt. Unter Einbezug von digitalen Möglichkeiten wie Augmented Reality erklärt „ViU“, ein Krankenhaus-Companion in Eulen-Optik, den kleinen Patienten Funktionen und das Wirken verschiedenster medizinischer Geräte und Behandlungen. So wird nicht nur der Rate an Traumata durch Krankenhausaufenthalte bei Kindern entgegengewirkt, sondern auch das Krankenhauspersonal im Umgang mit Kindern im Klinikalltag entlastet.
Mit dem Projekt wird sich dem Problem der weltweiten Lebensmittelverschwendung angenommen und versucht Abfälle in Privathaushalten primär industrialisierter Staaten zu reduzieren. Mit jährlich 1,3 Milliarden Tonnen landet circa ein Drittel aller weltweit produzierten Lebensmittel im Müll. Einen Großteil dieser Abfälle ist vermeidbar, besonders dort, wo man im Überfluss lebt.
Das konzipierte Möbelstück soll die Lagerungsmöglichkeiten des Nutzers optimieren und somit für die Wertschätzung von Lebensmitteln sensibilisieren. Für das Möbelstück werden ausschließlich natürliche Materialien verwendet, welche in ihrer Charakteristik optimal zum Funktionsumfang passen, der für die Lagerung benötigt wird. Das Material Terracotta ermöglicht es, mittels Verdunstungskühlung stromlos Gemüse kalt zu halten. Antibakterielles Holz tötet schädliche Bakterien ab. Die Konstruktion ermöglicht somit eine fachgerechte Lebensmittelagerung und ermöglicht sowohl sehr flexible Nutzung, wie auch leichte Reparatur.
Living product: ein Ansatz, lebendige Organismen mit einem Produkt zu vereinen und nutzbar zu machen
(2021)
Diese Arbeit setzt sich mit der Frage auseinander, in welcher Form sich lebendige Organismen – hier insbesondere Pilze - in die Produktwelt integrieren lassen. In welcher Art und Weise beeinflusst ein Organismus das Produkterlebnis?
Im Rahmen dieser Arbeit sind vier verschiedene Produkte entstanden, die die Stärken des Materials Myzelium demonstrieren. Myzelium bezeichnet das sehr dichte Wurzelnetzwerk eines Pilzes. Dieses lebendige Netzwerk kann dazu genutzt werden, um organische Stoffe miteinander zu verwachsen und somit Formen entstehen zu lassen. Die so entstandenen Produkte sind in eine Konzeptumgebung eingebettet, in der der Verbrauchende die Natur durch naturnähere Produkte (Form, Material und gewachsene Strukturen) neu erlebt.
Gezeigt wird ein Packaging für Einmachgläser, ein Kressebeet, ein Wandregal und ein Teelicht.