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Heparin is a natural polysaccharide, which plays essential role in many biological processes. Alterations in building blocks can modify biological roles of commercial heparin products, due to significant changes in the conformation of the polymer chain. The variability structure of heparin leads to difficulty in quality control using different analytical methods, including infrared (IR) spectroscopy. In this paper molecular modelling of heparin disaccharide subunits was performed using quantum chemistry. The structural and spectral parameters of these disaccharides have been calculated using RHF/6-311G. In addition, over-sulphated chondroitin sulphate disaccharide was studied as one of the most widespread contaminants of heparin. Calculated IR spectra were analyzed with respect to specific structure parameters. IR spectroscopic fingerprint was found to be sensitive to substitution pattern of disaccharide subunits. Vibrational assignments of calculated spectra were correlated with experimental IR spectral bands of native heparin. Chemometrics was used to perform multivariate analysis of simulated spectral data.
Lignin is a promising renewable biopolymer being investigated worldwide as an environmentally benign substitute of fossil-based aromatic compounds, e.g. for the use as an excipient with antioxidant and antimicrobial properties in drug delivery or even as active compound. For its successful implementation into process streams, a quick, easy, and reliable method is needed for its molecular weight determination. Here we present a method using 1H spectra of benchtop as well as conventional NMR systems in combination with multivariate data analysis, to determine lignin’s molecular weight (Mw and Mn) and polydispersity index (PDI). A set of 36 organosolv lignin samples (from Miscanthus x giganteus, Paulownia tomentosa and Silphium perfoliatum) was used for the calibration and cross validation, and 17 samples were used as external validation set. Validation errors between 5.6% and 12.9% were achieved for all parameters on all NMR devices (43, 60, 500 and 600 MHz). Surprisingly, no significant difference in the performance of the benchtop and high-field devices was found. This facilitates the application of this method for determining lignin’s molecular weight in an industrial environment because of the low maintenance expenditure, small footprint, ruggedness, and low cost of permanent magnet benchtop NMR systems.
NMR standardization approach that uses the 2H integral of deuterated solvent for quantitative multinuclear analysis of pharmaceuticals is described. As a proof of principle, the existing NMR procedure for the analysis of heparin products according to US Pharmacopeia monograph is extended to the determination of Na+ and Cl- content in this matrix. Quantification is performed based on the ratio of a 23Na (35Cl) NMR integral and 2H NMR signal of deuterated solvent, D2O, acquired using the specific spectrometer hardware. As an alternative, the possibility of 133Cs standardization using the addition of Cs2CO3 stock solution is shown. Validation characteristics (linearity, repeatability, sensitivity) are evaluated. A holistic NMR profiling of heparin products can now also be used for the quantitative determination of inorganic compounds in a single analytical run using a single sample. In general, the new standardization methodology provides an appealing alternative for the NMR screening of inorganic and organic components in pharmaceutical products.
Although several successful applications of benchtop nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in quantitative mixture analysis exist, the possibility of calibration transfer remains mostly unexplored, especially between high- and low-field NMR. This study investigates for the first time the calibration transfer of partial least squares regressions [weight average molecular weight (Mw) of lignin] between high-field (600 MHz) NMR and benchtop NMR devices (43 and 60 MHz). For the transfer, piecewise direct standardization, calibration transfer based on canonical correlation analysis, and transfer via the extreme learning machine auto-encoder method are employed. Despite the immense resolution difference between high-field and low-field NMR instruments, the results demonstrate that the calibration transfer from high- to low-field is feasible in the case of a physical property, namely, the molecular weight, achieving validation errors close to the original calibration (down to only 1.2 times higher root mean square errors). These results introduce new perspectives for applications of benchtop NMR, in which existing calibrations from expensive high-field instruments can be transferred to cheaper benchtop instruments to economize.
Digital twins enable the modeling and simulation of real-world entities (objects, processes or systems), resulting in improvements in the associated value chains. The emerging field of quantum computing holds tremendous promise forevolving this virtualization towards Quantum (Digital) Twins (QDT) and ultimately Quantum Twins (QT). The quantum (digital) twin concept is not a contradiction in terms - but instead describes a hybrid approach that can be implemented using the technologies available today by combining classicalcomputing and digital twin concepts with quantum processing. This paperpresents the status quo of research and practice on quantum (digital) twins. It alsodiscuses their potential to create competitive advantage through real-timesimulation of highly complex, interconnected entities that helps companies better
address changes in their environment and differentiate their products andservices.
Das Gesundheitswesen ist konfrontiert mit steigenden Kosten und einer immer schwieriger werdenden Personalsituation. Zeitgleich versprechen moderne Sprachsteuerungssysteme Prozesse in Arztpraxen und Krankenhäusern zu verschlanken und Vorgänge zu beschleunigen. Dennoch wird derzeit der Einsatz von Sprachsteuerungssystemen in Arztpraxen oder Krankenhäusern nur selten beobachtet, was auch an den besonders strengen Datenschutzauflagen der Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) liegt. Darüber hinaus wirft die niedrige Nutzungsrate die Frage nach den konkreten Anforderungen und ihrer Umsetzbarkeit auf, was durch den vorliegenden Beitrag adressiert wird, indem die Ergebnisse von Interviews mit acht medizinischen Fachexperten ausgewertet werden. Ergänzend wird die technische Umsetzbarkeit einzelner Anforderungen mit unterschiedlichen Cloud-Anbietern erprobt.
We study the possibility to fabricate an arbitrary phase mask in a one-step laser-writing process inside the volume of an optical glass substrate. We derive the phase mask from a Gerchberg–Saxton-type algorithm as an array and create each individual phase shift using a refractive index modification of variable axial length. We realize the variable axial length by superimposing refractive index modifications induced by an ultra-short pulsed laser at different focusing depth. Each single modification is created by applying 1000 pulses with 15 μJ pulse energy at 100 kHz to a fixed spot of 25 μm diameter and the focus is then shifted axially in steps of 10 μm. With several proof-of-principle examples, we show the feasibility of our method. In particular, we identify the induced refractive index change to about a value of Δn=1.5⋅10−3. We also determine our current limitations by calculating the overlap in the form of a scalar product and we discuss possible future improvements.
Reliable methods for automatic readability assessment have the potential to impact a variety of fields, ranging from machine translation to self-informed learning. Recently, large language models for the German language (such as GBERT and GPT-2-Wechsel) have become available, allowing to develop Deep Learning based approaches that promise to further improve automatic readability assessment. In this contribution, we studied the ability of ensembles of fine-tuned GBERT and GPT-2-Wechsel models to reliably predict the readability of German sentences. We combined these models with linguistic features and investigated the dependence of prediction performance on ensemble size and composition. Mixed ensembles of GBERT and GPT-2-Wechsel performed better than ensembles of the same size consisting of only GBERT or GPT-2-Wechsel models. Our models were evaluated in the GermEval 2022 Shared Task on Text Complexity Assessment on data of German sentences. On out-of-sample data, our best ensemble achieved a root mean squared error of 0:435.
This study addresses a proof-of-concept experiment with a biocompatible screen-printed carbon electrode deposited onto a biocompatible and biodegradable substrate, which is made of fibroin, a protein derived from silk of the Bombyx mori silkworm. To demonstrate the sensor performance, the carbon electrode is functionalized as a glucose biosensor with the enzyme glucose oxidase and encapsulated with a silicone rubber to ensure biocompatibility of the contact wires. The carbon electrode is fabricated by means of thick-film technology including a curing step to solidify the carbon paste. The influence of the curing temperature and curing time on the electrode morphology is analyzed via scanning electron microscopy. The electrochemical characterization of the glucose biosensor is performed by amperometric/voltammetric measurements of different glucose concentrations in phosphate buffer. Herein, systematic studies at applied potentials from 500 to 1200 mV to the carbon working electrode (vs the Ag/AgCl reference electrode) allow to determine the optimal working potential. Additionally, the influence of the curing parameters on the glucose sensitivity is examined over a time period of up to 361 days. The sensor shows a negligible cross-sensitivity toward ascorbic acid, noradrenaline, and adrenaline. The developed biocompatible biosensor is highly promising for future in vivo and epidermal applications.
Retinal vessels are similar to cerebral vessels in their structure and function. Moderately low oscillation frequencies of around 0.1 Hz have been reported as the driving force for paravascular drainage in gray matter in mice and are known as the frequencies of lymphatic vessels in humans. We aimed to elucidate whether retinal vessel oscillations are altered in Alzheimer's disease (AD) at the stage of dementia or mild cognitive impairment (MCI). Seventeen patients with mild-to-moderate dementia due to AD (ADD); 23 patients with MCI due to AD, and 18 cognitively healthy controls (HC) were examined using Dynamic Retinal Vessel Analyzer. Oscillatory temporal changes of retinal vessel diameters were evaluated using mathematical signal analysis. Especially at moderately low frequencies around 0.1 Hz, arterial oscillations in ADD and MCI significantly prevailed over HC oscillations and correlated with disease severity. The pronounced retinal arterial vasomotion at moderately low frequencies in the ADD and MCI groups would be compatible with the view of a compensatory upregulation of paravascular drainage in AD and strengthen the amyloid clearance hypothesis.
Edge-based and face-based smoothed finite element methods (ES-FEM and FS-FEM, respectively) are modified versions of the finite element method allowing to achieve more accurate results and to reduce sensitivity to mesh distortion, at least for linear elements. These properties make the two methods very attractive. However, their implementation in a standard finite element code is nontrivial because it requires heavy and extensive modifications to the code architecture. In this article, we present an element-based formulation of ES-FEM and FS-FEM methods allowing to implement the two methods in a standard finite element code with no modifications to its architecture. Moreover, the element-based formulation permits to easily manage any type of element, especially in 3D models where, to the best of the authors' knowledge, only tetrahedral elements are used in FS-FEM applications found in the literature. Shape functions for non-simplex 3D elements are proposed in order to apply FS-FEM to any standard finite element.
The mechanical behavior of the large intestine beyond the ultimate stress has never been investigated. Stretching beyond the ultimate stress may drastically impair the tissue microstructure, which consequently weakens its healthy state functions of absorption, temporary storage, and transportation for defecation. Due to closely similar microstructure and function with humans, biaxial tensile experiments on the porcine large intestine have been performed in this study. In this paper, we report hyperelastic characterization of the large intestine based on experiments in 102 specimens. We also report the theoretical analysis of the experimental results, including an exponential damage evolution function. The fracture energies and the threshold stresses are set as damage material parameters for the longitudinal muscular, the circumferential muscular and the submucosal collagenous layers. A biaxial tensile simulation of a linear brick element has been performed to validate the applicability of the estimated material parameters. The model successfully simulates the biomechanical response of the large intestine under physiological and non-physiological loads.
Die Chance der fiktionalen Literatur : Literatur der Fiktion als Anstoß für Information und Diskurs
(2022)
Der informative Charakter fiktionaler Texte sollte nicht unterschätzt werden. Mit dem Projekt wird durch „Buddenbrooks“ von Thomas Mann gezeigt, wie relevante und redebedürftige Themen in der Literatur angesprochen werden. Dafür gibt es zusätzliche Text- und Info-Impulse als ergänzendes Buch zum Roman. Neben diesen Vertiefungsbüchern gibt es eine Inszenierung des Buches mit Beispielen aus den Büchern. Die Ausstellung kann Teil eines Messestandes sein oder für sich existieren und bietet einen ersten Kontakt mit der Idee des Projektes und mit den Büchern selbst. Zusätzliches Interesse an der Arbeit wird durch Social Media Posts generiert, die den wichtigen Part des Austauschs und der Diskussion fördern, wozu das Projekt auch anregen möchte. „Die Chance der fiktionalen Literatur“ regt Leser:innen an, fiktionale Literatur anders zu betrachten und einen größeren Nutzen aus der Fiktion zu ziehen.
Environmental injustice : how environmental inequality impacts
low socio-economic communities.
(2022)
Das Projekt beschäftigt sich mit der Informationsvermittlung zu dem Thema “Environmental Injustice” in Form einer Website. “Environmental Injustice” beschreibt die systematische unfaire Behandlung von verschiedenen Communities durch Länder/Regierungen, Firmen und unabhängige Akteure. In dem Bereich werden weitestgehend Schäden im Zusammenhang mit Ressourcen, dessen Abbau, gefährlichen Abfällen und Chancenungleichheit beschrieben. Das Projekt ist generell eine Sammlung, die als Anlaufstelle zur Weiterbildung in dem Thema dienen soll. Dies geschieht durch gestalterische Aufarbeitung, Illustration und Kategorisierung.
Sportvereine verlieren zunehmend Mitglieder. Grund dafür ist der wachsende Wunsch nach unabhängigen Trainingsmöglichkeiten. GYMLET bietet den Sportler:innen die Möglichkeit, ihre Fitness funktional, selbstorganisiert und unabhängig zu trainieren. Dabei kann durch den selbstbestimmten Trainingsort neben der körperlichen Fitness vor allem die Motivation zur sportlichen Aktivität und das Wohlbefinden gesteigert werden. Unterstützt wird das Trainingssystem durch eine App, welche den Sportler:innen neben Nutzungsmöglichkeiten als Coach und Trainingsplaner dient. Um diese Trainingsmöglichkeit an die Zielgruppe heranzutragen, ist eine Kampagnenstrategie aus zwei Phasen entstanden. In dieser sollen Postings und Clips über Instagram und Youtube veröffentlicht werden. Zusätzlich werden Zeitschriften und mögliche Kooperationen mit Therapeuten oder Freizeitunterkünften zur Veröffentlichung der Kampagne genutzt.
Kommunikationsroboter für den Kundenservice. Aktuell werden große Fortschritte im Bereich von künstlicher Intelligenz und Robotik getätigt, sodass wir bald intelligente Maschinen unter uns haben werden. Daher müssen wir uns die Frage beantworten, welche Rolle diese einnehmen sollen und vor allem wie wir mit ihnen interagieren und kommunizieren wollen. "uCo" bewältigt dies mithilfe einer mobilen, robotischen Plattform, welche mit einem holografischen 3-D-Interface ausgestattet ist. Neben der Entwicklung des robotischen Körpers beinhaltet das Projekt "uCo" die Grundlage für ein Kommunikationssystem für "uCo's" Gesicht. "uCo" kommuniziert hauptsächlich über Sprache, wird dabei jedoch von einem speziell entwickelten Mimik- und Emotionssytem unterstützt. "uCo" als Konzept versucht, erste Antworten auf die komplexen gestalterischen und moralischen Fragen zu geben, die mit der Entwicklung von künstlicher Intelligenz einhergehen. Und wer weiß - vielleicht wirst du eines Tages von einem "uCo" beraten.
Gastronomiebetriebe, insbesondere diese ohne zeitgemäße und durchdachte Konzepte wurden durch die Pandemie stark getroffen. Während große Fast-Food-Ketten bereits vor der Pandemie digitale Lösungen einsetzten, stehen nun auch andere Restaurantbetreiber:innen vor der Herausforderung der Digitalisierung. Gerade die Pandemie hat an dieser Stelle verdeutlicht, welche Restaurants ihre Prozesse im Sinne der User Experience durchdacht haben und welche nicht. Die Tisch-Stuhl-Kombination der „SUE“-Serie bietet Restaurants, smarte und elegante Gastronomiemöbel, die je nach Konzept in Materialität und Farbe frei anpassbar sind. Wandelbarkeit, Komfort und die Integration digitaler Lösungen sind die Kernkompetenzen und Anforderungen, die das Gastronomie-Interior in Zukunft erfüllen muss. Der smarte Bistrotisch und der wandelbare Stuhl der „SUE“-Serie zeigt einen digitalisierten und anpassbaren Lösungsansatz.
Promoting diversity and combatting discrimination in research organizations: a practitioner’s guide
(2022)
The essay is addressed to practitioners in research management and from
academic leadership. It describes which measures can contribute to creating an inclusive climate for research teams and preventing and effectively dealing with discrimination. The practical recommendations consider the policy and organizational levels, as well as the individual perspective of research managers. Following a series of basic recommendations, six lessons learned are formulated, derived from the contributions to the edited collection on “Diversity and Discrimination in Research Organizations.”
Diversity management is seen as a decisive factor for ensuring the development of socially responsible innovations (Beacham and Shambaugh, 2011; Sonntag, 2014; López, 2015; Uebernickel et al., 2015). However, many diversity management approaches fail due to a one-sided consideration of diversity (Thomas and Ely, 2019) and a lacking linkage between the prevailing organizational culture and the perception of diversity in the respective organization. Reflecting the importance of diverse perspectives, research institutions have a special responsibility to actively deal with diversity, as they are publicly funded institutions that drive socially relevant development and educate future generations of developers, leaders and decision-makers. Nevertheless, only a few studies have so far dealt with the influence of the special framework conditions of the science system on diversity management. Focusing on the interdependency of the organizational culture and diversity management especially in a university research environment, this chapter aims in a first step to provide a theoretical perspective on the framework conditions of a complex research organization in Germany in order to understand the system-specific factors influencing diversity management. In a second step, an exploratory cluster analysis is presented, investigating the perception of diversity and possible influencing factors moderating this perception in a scientific organization. Combining both steps, the results show specific mechanisms and structures of the university research environment that have an impact on diversity management and rigidify structural barriers preventing an increase of diversity. The quantitative study also points out that the management level takes on a special role model function in the scientific system and thus has an influence on the perception of diversity. Consequently, when developing diversity management approaches in research organizations, it is necessary to consider the top-down direction of action, the special nature of organizational structures in the university research environment as well as the special role of the professorial level as role model for the scientific staff.
Industrial production systems are facing radical change in multiple dimensions. This change is caused by technological developments and the digital transformation of production, as well as the call for political and social change to facilitate a transformation toward sustainability. These changes affect both the capabilities of production systems and companies and the design of higher education and educational programs. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these concepts, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the capabilities dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we discuss the benefits of capturing expert knowledge and making it accessible to newcomers, especially in highly specialized industries. The experts argue that in order to cope with the challenges and circumstances of today’s world, students must already during their education at university learn how to work with AI and other technologies. This means that study programs must change and that universities must adapt their structural aspects to meet the needs of the students.
Image reconstruction analysis for positron emission tomography with heterostructured scintillators
(2022)
The concept of structure engineering has been proposed for exploring the next generation of radiation detectors with improved performance. A TOF-PET geometry with heterostructured scintillators with a pixel size of 3.0×3.1×15 mm3 was simulated using Monte Carlo. The heterostructures consisted of alternating layers of BGO as a dense material with high stopping power and plastic (EJ232) as a fast light emitter. The detector time resolution was calculated as a function of the deposited and shared energy in both materials on an event-by-event basis. While sensitivity was reduced to 32% for 100 μm thick plastic layers and 52% for 50 μm, the CTR distribution improved to 204±49 ps and 220±41 ps respectively, compared to 276 ps that we considered for bulk BGO. The complex distribution of timing resolutions was accounted for in the reconstruction. We divided the events into three groups based on their CTR and modeled them with different Gaussian TOF kernels. On a NEMA IQ phantom, the heterostructures had better contrast recovery in early iterations. On the other hand, BGO achieved a better contrast to noise ratio (CNR) after the 15th iteration due to the higher sensitivity. The developed simulation and reconstruction methods constitute new tools for evaluating different detector designs with complex time responses.
In this paper research activities developed within the FutureCom project are presented. The project, funded by the European Metrology Programme for Innovation and Research (EMPIR), aims at evaluating and characterizing: (i) active devices, (ii) signal- and power integrity of field programmable gate array (FPGA) circuits, (iii) operational performance of electronic circuits in real-world and harsh environments (e.g. below and above ambient temperatures and at different levels of humidity), (iv) passive inter-modulation (PIM) in communication systems considering different values of temperature and humidity corresponding to the typical operating conditions that we can experience in real-world scenarios. An overview of the FutureCom project is provided here, then the research activities are described.
Biomedical applications of magnetic nanoparticles (MNP) fundamentally rely on the particles’ magnetic relaxation as a response to an alternating magnetic field. The magnetic relaxation complexly depends on the interplay of MNP magnetic and physical properties with the applied field parameters. It is commonly accepted that particle core size is a major contributor to signal generation in all the above applications, however, most MNP samples comprise broad distribution spanning nm and more. Therefore, precise knowledge of the exact contribution of individual core sizes to signal generation is desired for optimal MNP design generally for each application. Specifically, we present a magnetic relaxation simulation-driven analysis of experimental frequency mixing magnetic detection (FMMD) for biosensing to quantify the contributions of individual core size fractions towards signal generation. Applying our method to two different experimental MNP systems, we found the most dominant contributions from approx. 20 nm sized particles in the two independent MNP systems. Additional comparison between freely suspended and immobilized MNP also reveals insight in the MNP microstructure, allowing to use FMMD for MNP characterization, as well as to further fine-tune its applicability in biosensing.
Frequency mixing magnetic detection (FMMD) has been widely utilized as a measurement technique in magnetic immunoassays. It can also be used for the characterization and distinction (also known as “colourization”) of different types of magnetic nanoparticles (MNPs) based on their core sizes. In a previous work, it was shown that the large particles contribute most of the FMMD signal. This leads to ambiguities in core size determination from fitting since the contribution of the small-sized particles is almost undetectable among the strong responses from the large ones. In this work, we report on how this ambiguity can be overcome by modelling the signal intensity using the Langevin model in thermodynamic equilibrium including a lognormal core size distribution fL(dc,d0,σ) fitted to experimentally measured FMMD data of immobilized MNPs. For each given median diameter d0, an ambiguous amount of best-fitting pairs of parameters distribution width σ and number of particles Np with R2 > 0.99 are extracted. By determining the samples’ total iron mass, mFe, with inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), we are then able to identify the one specific best-fitting pair (σ, Np) one uniquely. With this additional externally measured parameter, we resolved the ambiguity in core size distribution and determined the parameters (d0, σ, Np) directly from FMMD measurements, allowing precise MNPs sample characterization.
Next Generation Manufacturing promises significant improvements in performance, productivity, and value creation. In addition to the desired and projected improvements regarding the planning, production, and usage cycles of products, this digital transformation will have a huge impact on work, workers, and workplace design. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these changes, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the organization dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we highlight seven areas in which the digital transformation of production will change how we work, how we organize the work within a company, how we evaluate these changes, and how employment and labor rights will be affected across company boundaries. The experts are unsure whether the use of collaborative robots in factories will replace traditional robots by 2030. They believe that the use of hybrid intelligence will supplement human decision-making processes in production environments. Furthermore, they predict that artificial intelligence will lead to changes in management processes, leadership, and the elimination of hierarchies. However, to ensure that social and normative aspects are incorporated into the AI algorithms, restricting measurement of individual performance will be necessary. Additionally, AI-based decision support can significantly contribute toward new, socially accepted modes of leadership. Finally, the experts believe that there will be a reduction in the workforce by the year 2030.
The future of industrial manufacturing and production will increasingly manifest in the form of cyber-physical production systems. Here, Digital Shadows will act as mediators between the physical and digital world to model and operationalize the interactions and relationships between different entities in production systems. Until now, the associated concepts have been primarily pursued and implemented from a technocentric perspective, in which human actors play a subordinate role, if they are considered at all. This paper outlines an anthropocentric approach that explicitly considers the characteristics, behavior, and traits and states of human actors in socio-technical production systems. For this purpose, we discuss the potentials and the expected challenges and threats of creating and using Human Digital Shadows in production.
Der Themenkomplex urbane Mobilität ist getrieben durch den Verkehrsinfarkt in Ballungszentren, durch Luftverschmutzung und Lärm, sowie den Trend zum Leben in der Stadt in den städteplanerischen Fokus gerückt. Emissionsneutrale Antriebskonzepte in der Luftfahrt führen zu Ansätzen Fluggeräte einzusetzen, die batteriegetrieben vertikal aufsteigen und landen können. Flugphysikalisch und energetisch ist diese Technik nur dann sinnvoll, wenn es zwingende Gründe gibt (z.B. Rettungseinsätze), daher wird der flugphysikalische Hintergrund prinzipiell erläutert. Es werden einige aktuelle Lufttransportkonzepte für eine urbane Personenbeförderung vorgestellt. Sollte es verstärkt zu Lufttransport über Städten kommen, müssen betroffene Lufträume geordnet und überwacht werden. Wie kompatibel Lufttransportsysteme mit den heute bereits relevanten urbanen Beförderungsmitteln sein müssen, wird kritisch diskutiert. Abschließend werden die Aspekte Akzeptanz durch die Kunden und Wirtschaftlichkeit ebenso angerissen, wie die hochproblematische Rohstoffgewinnung, die Entsorgung und das Recycling von Batterien.
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
Many of today’s factors make software development more and more complex, such as time pressure, new technologies, IT security risks, et cetera. Thus, a good preparation of current as well as future software developers in terms of a good software engineering education becomes progressively important. As current research shows, Competence Developing Games (CDGs) and Serious Games can offer a potential solution.
This paper identifies the necessary requirements for CDGs to be conducive in principle, but especially in software engineering (SE) education. For this purpose, the current state of research was summarized in the context of a literature review. Afterwards, some of the identified requirements as well as some additional requirements were evaluated by a survey in terms of subjective relevance.
Halophilic and halotolerant microorganisms represent a promising source of salt-tolerant enzymes suitable for various biotechnological applications where high salt concentrations would otherwise limit enzymatic activity. Considering the current growing enzyme market and the need for more efficient and new biocatalysts, the present study aimed at the characterization of a high-alkaline subtilisin from Alkalihalobacillus okhensis Kh10-101T. The protease gene was cloned and expressed in Bacillus subtilis DB104. The recombinant protease SPAO with 269 amino acids belongs to the subfamily of high-alkaline subtilisins. The biochemical characteristics of purified SPAO were analyzed in comparison with subtilisin Carlsberg, Savinase, and BPN'. SPAO, a monomer with a molecular mass of 27.1 kDa, was active over a wide range of pH 6.0–12.0 and temperature 20–80 °C, optimally at pH 9.0–9.5 and 55 °C. The protease is highly oxidatively stable to hydrogen peroxide and retained 58% of residual activity when incubated at 10 °C with 5% (v/v) H2O2 for 1 h while stimulated at 1% (v/v) H2O2. Furthermore, SPAO was very stable and active at NaCl concentrations up to 5.0 m. This study demonstrates the potential of SPAO for biotechnological applications in the future.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometric methods for the quantitative analysis of pure heparin in crude heparin is proposed. For quantification, a two-step routine was developed using a USP heparin reference sample for calibration and benzoic acid as an internal standard. The method was successfully validated for its accuracy, reproducibility, and precision. The methodology was used to analyze 20 authentic porcine heparinoid samples having heparin content between 4.25 w/w % and 64.4 w/w %. The characterization of crude heparin products was further extended to a simultaneous analysis of these common ions: sodium, calcium, acetate and chloride. A significant, linear dependence was found between anticoagulant activity and assayed heparin content for thirteen heparinoids samples, for which reference data were available. A Diffused-ordered NMR experiment (DOSY) can be used for qualitative analysis of specific glycosaminoglycans (GAGs) in heparinoid matrices and, potentially, for quantitative prediction of molecular weight of GAGs. NMR spectrometry therefore represents a unique analytical method suitable for the simultaneous quantitative control of organic and inorganic composition of crude heparin samples (especially heparin content) as well as an estimation of other physical and quality parameters (molecular weight, animal origin and activity).
This study investigated the anaerobic digestion of an algal–bacterial biofilm grown in artificial wastewater in an Algal Turf Scrubber (ATS). The ATS system was located in a greenhouse (50°54′19ʺN, 6°24′55ʺE, Germany) and was exposed to seasonal conditions during the experiment period. The methane (CH4) potential of untreated algal–bacterial biofilm (UAB) and thermally pretreated biofilm (PAB) using different microbial inocula was determined by anaerobic batch fermentation. Methane productivity of UAB differed significantly between microbial inocula of digested wastepaper, a mixture of manure and maize silage, anaerobic sewage sludge, and percolated green waste. UAB using sewage sludge as inoculum showed the highest methane productivity. The share of methane in biogas was dependent on inoculum. Using PAB, a strong positive impact on methane productivity was identified for the digested wastepaper (116.4%) and a mixture of manure and maize silage (107.4%) inocula. By contrast, the methane yield was significantly reduced for the digested anaerobic sewage sludge (50.6%) and percolated green waste (43.5%) inocula. To further evaluate the potential of algal–bacterial biofilm for biogas production in wastewater treatment and biogas plants in a circular bioeconomy, scale-up calculations were conducted. It was found that a 0.116 km2 ATS would be required in an average municipal wastewater treatment plant which can be viewed as problematic in terms of space consumption. However, a substantial amount of energy surplus (4.7–12.5 MWh a−1) can be gained through the addition of algal–bacterial biomass to the anaerobic digester of a municipal wastewater treatment plant. Wastewater treatment and subsequent energy production through algae show dominancy over conventional technologies.
In the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, parts are built out of metal powder material by exposure of a laser beam. During handling operations of the powder material, several influencing factors can affect the properties of the powder material and therefore directly influence the processability during manufacturing. Contamination by moisture due to handling operations is one of the most critical aspects of powder quality. In order to investigate the influences of powder humidity on LPBF processing, four materials (AlSi10Mg, Ti6Al4V, 316L and IN718) are chosen for this study. The powder material is artificially humidified, subsequently characterized, manufactured into cubic samples in a miniaturized process chamber and analyzed for their relative density. The results indicate that the processability and reproducibility of parts made of AlSi10Mg and Ti6Al4V are susceptible to humidity, while IN718 and 316L are barely influenced.
Process mining gets more and more attention even outside large enterprises and can be a major benefit for small and medium sized enterprises (SMEs) to gain competitive advantages. Applying process mining is challenging, particularly for SMEs because they have less resources and process maturity. So far, IS researchers analyzed process mining challenges with a focus on larger companies. This paper investigates the application of process mining by means of a case study and sheds light into the particular challenges of an IT SME. The results reveal 13 SME process mining challenges and seven guidelines to address them. In this way, the paper contributes to the understanding of process mining application in SME and shows similarities and differences to larger companies.
Bei dem Projekt „Nachhaltiger Bauen – Eine interaktive Plattform zum Vergleich von Baustoffen“ handelt es sich um eine Datenbank, die verschiedene Baustoffe mit deren Eigenschaften listet und einen Vergleich dieser ermöglicht.
Das Baugewerbe trägt einen erheblichen Teil zum Klimawandel bei. Besonders der CO2-Ausstoß, der Ressourcenverbrauch und die Abfallproduktion sind hier zu nennen. Deshalb ist der Aspekt der Nachhaltigkeit von zentraler Bedeutung für die Zukunft der Baubranche.Ziel des Projekts ist es, sowohl die technischen als auch die ökologischen Eigenschaften von Baustoffen darzustellen und miteinander zu vergleichen. So kann die Plattform aktiv und effektiv gegen die umwelttechnischen Probleme der Baubranche wirken.
Die Stadt Augsburg war eine der größten Textilstädte Europas. Seit 2010 präsentiert das Textil- und Industriemuseum (TIM) eine Vielzahl von Exponaten in der alten Kammgarnspinnerei im ehemaligen Augsburger Textilviertel und ist somit ein wichtiger Bestandteil der bayrischen Museumslandschaft und deutschen Textilgeschichte. Neben seiner besonderen Lage überzeugt das TIM vor allem mit einer großen Musterbuchsammlung. Im Fokus des in dieser Arbeit neugestalteten Erscheinungsbildes stehen die verschiedenen Muster, die den textilen Schwerpunkt in den Vordergrund rücken und dem Museum damit einen einprägsamen Wiedererkennungswert geben. Mithilfe des neuen Corporate Designs soll das Museum für regionale und überregionale Besucher:innen attraktiver gemacht und somit die einmalige geschichtliche Bedeutung vermittelt und erhalten werden.
Visionsbild eines BMW AG internen Tools : Optimierung einer datenzentrierten Plattform der BMW AG
(2022)
Die BMW AG verfolgt mehrere Ansätze eine optimierte Effizienzsteigerung durch eigens entwickelte Softwaretools zu erreichen. Der Fokus hierbei liegt in der Ermöglichung einer datenzentrierten, nutzerorientierten und hochautomatisierten Fahrzeugentwicklung. Das eigen von der BMW AG entwickelte Software-Tool „Parts List“ dient als digitale Bauteilliste für Entwicklungsteams. Das Tool bündelt mehrere Datenbanken und stellt diese in Echtzeit zur Verfügung. Somit kann der manuelle Pflegeaufwand erheblich reduziert und eine Durchgängigkeit einer Vielzahl von Daten ermöglicht werden. Der Fokus der Abschlussarbeit liegt in der konzeptionellen und gestalterischen Optimierung des Tools. Dabei wird insbesondere der User Centered Design Prozess betrachtet, bei dem die Nutzer bzw. die Entwicklungsteams im Zentrum stehen.
In Zeiten von Schnelllebigkeit ändern immer mehr Menschen bewusst ihren Umgang mit alltäglichen Dingen. Was dabei häufig in den Hintergrund rückt, ist das Thema "bewusste Kleidung". Beeinflusst durch sogenannte Fast-Fashion-Modeketten und Social Media leben wir in einer regelrechten Wegwerfgesellschaft. „Entschleunigen“ beschäftigt sich mit den Schattenseiten der Modeindustrie, zeigt aber ebenso (neue) Wege auf, die auf eine bessere Zukunft für uns und unsere Umwelt hoffen lassen. Aufgeteilt in zwei Kapitel gibt „Entschleunigen“ einen Einblick in den ökologischen und sozialen Fußabdruck der Modeindustrie und stellt zum anderen die Gegenseite vor, bei der Wert auf faire Produktion und Nachhaltigkeit gelegt wird. Das Buch „Entschleunigen“ soll über die Missstände in der Textilbranche informieren, jedoch im Umkehrschluss dazu motivieren, diese mit einfachen Mitteln zu verbessern.
Die Ligatura ist eine modulare, experimentelle Schrift, die für die Anwendung in großen Formaten gestaltet ist. In ihrer äußeren Erscheinung orientiert sie sich an verschiedenen gebrochenen Schriften. Der Fokus in der Gestaltung der Schrift liegt allerdings auf der Verwendung von Ligaturen, welche sowohl nach historischen als auch nach zeitgenössischen Vorbildern und Gestaltungsprinzipien gebildet werden. Die Ligatura ermöglicht es, eine große Anzahl an Buchstabenkombinationen als Ligatur zu setzen. Dadurch wird innerhalb der Schrift mit Abständen zwischen Buchstaben und somit auch mit unseren Lesegewohnheiten gespielt. Die Ligatura verbindet nicht nur Buchstaben, Wörter und Zeilen, sondern auch klassische Schriftelemente mit der Moderne.
Geschichte des Designs
(2022)
Dieser Band bietet einen kompakten Überblick über die wichtigsten Stationen des Produktdesigns vom Beginn der Industrialisierung bis heute. Im Zentrum stehen ikonische Alltagsgegenstände vom Thonet-Stuhl bis zum iPhone. Anschaulich und kenntnisreich nehmen Melanie Kurz und Thilo Schwer dabei auch die gesellschaftspolitische Situation, in der die Objekte entstanden sind, in den Blick.
Biocompatibility, flexibility and durability make polydimethylsiloxane (PDMS) membranes top candidates in biomedical applications. CellDrum technology uses large area, <10 µm thin membranes as mechanical stress sensors of thin cell layers. For this to be successful, the properties (thickness, temperature, dust, wrinkles, etc.) must be precisely controlled. The following parameters of membrane fabrication by means of the Floating-on-Water (FoW) method were investigated: (1) PDMS volume, (2) ambient temperature, (3) membrane deflection and (4) membrane mechanical compliance. Significant differences were found between all PDMS volumes and thicknesses tested (p < 0.01). They also differed from the calculated values. At room temperatures between 22 and 26 °C, significant differences in average thickness values were found, as well as a continuous decrease in thicknesses within a 4 °C temperature elevation. No correlation was found between the membrane thickness groups (between 3–4 µm) in terms of deflection and compliance. We successfully present a fabrication method for thin bio-functionalized membranes in conjunction with a four-step quality management system. The results highlight the importance of tight regulation of production parameters through quality control. The use of membranes described here could also become the basis for material testing on thin, viscous layers such as polymers, dyes and adhesives, which goes far beyond biological applications.
This paper covers the use of the magnetic Wiegand effect to design an innovative incremental encoder. First, a theoretical design is given, followed by an estimation of the achievable accuracy and an optimization in open-loop operation.
Finally, a successful experimental verification is presented. For this purpose, a permanent magnet synchronous machine is controlled in a field-oriented manner, using the angle information of the prototype.
Schlafspindeln – Funktion, Detektion und Nutzung als Biomarker für die psychiatrische Diagnostik
(2022)
Hintergrund:
Die Schlafspindel ist ein Graphoelement des Elektroenzephalogramms
(EEG), das im Leicht- und Tiefschlaf beobachtet werden kann. Veränderungen der
Spindelaktivität wurden für verschiedene psychiatrische Erkrankungen beschrieben. Schlafspindeln zeigen aufgrund ihrer relativ konstanten Eigenschaften Potenzial als Biomarker in der psychiatrischen Diagnostik.
Methode:
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über den Stand der Wissenschaft
zu Eigenschaften und Funktionen der Schlafspindeln sowie über beschriebene
Veränderungen der Spindelaktivität bei psychiatrischen Erkrankungen. Verschiedene methodische Ansätze und Ausblicke zur Spindeldetektion werden hinsichtlich deren Anwendungspotenzial in der psychiatrischen Diagnostik erläutert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung:
Während Veränderungen der Spindelaktivität
bei psychiatrischen Erkrankungen beschrieben wurden, ist deren exaktes Potenzial für die psychiatrische Diagnostik noch nicht ausreichend erforscht. Diesbezüglicher Erkenntnisgewinn wird in der Forschung gegenwärtig durch ressourcenintensive und fehleranfällige Methoden zur manuellen oder automatisierten Spindeldetektion ausgebremst. Neuere Detektionsansätze, die auf Deep-Learning-Verfahren basieren, könnten die Schwierigkeiten bisheriger Detektionsmethoden überwinden und damit neue Möglichkeiten für die praktisch
Messenger apps like WhatsApp or Telegram are an integral part of daily communication. Besides the various positive effects, those services extend the operating range of criminals. Open trading groups with many thousand participants emerged on Telegram. Law enforcement agencies monitor suspicious users in such chat rooms. This research shows that text analysis, based on natural language processing, facilitates this through a meaningful domain overview and detailed investigations. We crawled a corpus from such self-proclaimed black markets and annotated five attribute types products, money, payment methods, user names, and locations. Based on each message a user sends, we extract and group these attributes to build profiles. Then, we build features to cluster the profiles. Pretrained word vectors yield better unsupervised clustering results than current
state-of-the-art transformer models. The result is a semantically meaningful high-level overview of the user landscape of black market chatrooms. Additionally, the extracted structured information serves as a foundation for further data exploration, for example, the most active users or preferred payment methods.
VIUR : urbanes Lagerfeuer
(2022)
Es kann ganze Lebensräume auslöschen, und doch wäre unsere Welt nicht die gleiche ohne Feuer. Feuer spielt eine wichtige Rolle in der menschlichen Evolution und diente unseren Vorfahren zum Schutz vor wilden Tieren, Kochen und zum Wärmen. Auch Gespräche am Lagerfeuer sollen einen erheblichen Einfluss auf die soziale und kulturelle Evolution des Menschen gehabt haben.
Kein Wunder also, dass die Menschen bis heute mit Feuer ein Gefühl von Gemeinschaft und Geborgenheit verbinden. Genau diese Wirkung greift „VIUR“ auf und macht Feuer alltagstauglich für eine Welt, die von Urbanisierung und Digitalisierung geprägt ist. Entstanden ist ein Hybrid aus einem Tischfeuer und einem Grill. Somit entsteht sowohl das sinnliche Erlebnis einer Feuerstelle als auch die Möglichkeit, kleine Speisen zuzubereiten.
Die smarte Konstruktion und ein Sicherheitsbrennstoff, mit dem sich kaum Rauch entwickeln kann, ermöglicht die Nutzung im kleinen Garten, aber eben auch auf einem Stadtbalkon. So kann das Lagerfeuer wieder seinen Zauber entfalten.
Für manche mag es banal wirken, doch für Gestalter:innen ist sie unverzichtbar: eine wirklich gute Leuchte für den Arbeitsplatz. Sie hat nämlich einen enormen Einfluss auf die Konzentration und den Komfort. Zudem ermöglicht gutes Licht erst ein sauberes und farbechtes Ergebnis. Dafür wurde in diesem Projekt die perfekte Leuchte entwickelt.
Sie leuchtet die Arbeitsfläche ideal aus und unterstützt das Lesen, Schreiben oder die Arbeit mit technischen Geräten. Durch fünf Drehpunkte ist die Leuchte in alle Richtungen zu bewegen und lässt sich somit individuell auf ihre Aufgaben anpassen. Außerdem wurde Wert daraufgelegt, bestehende Normen und Vorschiften einzuhalten, um den Arbeit- und Gesundheitsschutz zu gewährleisten.
Feierabend? Durch die Dim-Funktion wird die Arbeitsleuchte zu einer gemütlichen Lichtquelle. Unter anderem durch die unsichtbare Stromführung überzeugt die Lampe mit ihrer minimalistischen Designsprache und lässt sich in unterschiedlichste Räume integrieren.
Digitalisierung macht’s möglich: mittlerweile beziehen sich Designer:innen in ihrer Konzeptentwicklung immer häufiger auf Referenzdesigns. Sie picken sich die Eigenschaften aus ihnen heraus, von denen sie sich die größte Marktfähigkeit versprechen, und basteln sie zu einem neuen Produkt zusammen. Voilà.
Doch wie unkonventionell kann Design noch sein? Wie viel Luft bleibt der Kreativität unter dem immer enger geschnürten Korsett der Marktfähigkeit?
Alexej Kaspor eröffnet die Diskussion mit einem provokanten Projekt, das einen kritischen Blick in die Zukunft des Industriedesigns wirft.
Dazu fasst er gängige Designprogramme in einer Software zusammen und verbindet sie mit einer künstlichen Intelligenz, die die aktuelle Entwicklung digital rationalisieren und auf die Spitze treiben soll.
Diese führt Meta-Analysen über das Nutzungsverhalten durch und prüft damit Frameworks von Referenzdesigns auf ihre Vermarktbarkeit. Aus diesen entwickelt sie dann Gestaltungsvorschläge, ohne beim Seiltanz zwischen Trendhörigkeit und Scheinindividualismus aus dem Gleichgewicht zu kommen. Innerhalb von Sekunden werden den Designer:innen perfekte Vorschläge übers Metaverse simuliert. Auf dem Silbertablett serviert, übersichtlich und gefährlich einfach. Bereit, kombiniert und in Produktion gebracht zu werden.
Auch mit dem Tracking der KI kann niemand mithalten: um immer am Puls der Zeit zu bleiben, benachrichtigt sie die Designer:innen in Echtzeit über die neuesten Innovationen und Trends.
Ressourcenraubendes Herumprobieren in CAD-Programmen gehört also der Vergangenheit an. Das Programm schafft Abhilfe, und verspricht dabei auch noch die höchste Effizienz, konkret: garantiertes Kapital.
Schlagende Argumente, die die Schwächen der Konsumgesellschaft und Kommerzialisierung gezielt ausgenutzen. Es entsteht die perfekte Marketingmaßnahme, ein genialer Treiber für den Turbokapitalismus. Kram, den niemand braucht und zynische Statussymbole inklusive.
Der Stolz der geltungsbedürftigen Designer:innen wird dabei selbstverständlich nicht untergraben. Sie sollen mitziehen. Mit zahlreichen Notches wird der Erfolg und die Konkurrenzfähigkeit des Produkts prognostiziert und ihnen Honig ums Maul geschmiert.
Die beklemmende Vorahnung wird sich bestätigen. Schritt für Schritt enteignet die KI den Designer:innen ihre Kreativität, bis sie nicht mehr sind als die Kurator:innen berechenbarer Produktkonzepte. Der Spätkapitalismus hat sie in der Mangel.
Versprochen: diese Arbeit lässt niemanden kalt.
Die Facetten Hamburgs
(2022)
Im Rahmen dieser Masterarbeit entsteht ein neues Erscheinungsbild für die "Stiftung Historische Museen Hamburg". Dabei wurde ein medienübergreifendes Gestaltungskonzept entwickelt, welches dazu dienen soll, die Stiftung und deren musealen Einrichtungen modern, aussagekräftig und repräsentativ neu aufleben zu lassen, als auch das Interesse unserer Gesellschaft für Kunst, Kultur und Geschichte zu wecken und damit die Zielgruppe zu erweitern. Hierzu wurde das Corporate Design neu entwickelt, minimalisiert und modernisiert. Durch den aufgeräumten und organisierten digitalen Auftritt gelangen Interessenten schneller und gezielter zu Informationen über die Stiftung, die einzelnen Museen und deren Programm und Ausstellungen. Zusätzlich dienen als weiterführende Informationsquellen neu getslatete analoge Medien in Form von Plakaten, Flyern, Broschüren und Eintrittskarten. Weitestgehend wurde das Corporate Design in den urbanen Lebensraum der Stadt Hamburg integriert und neu interpretiert. Aus dem Gestaltungskonzept lässt sich ebenfalls ein neues Leitsystem zur besseren Orientierung in den Museen ableiten. Das Designkonzept zieht sich wie ein roter Faden durch alle Medien, um eine Einheit und einen Wiedererkennungswert zu schaffen und seriös und informativ zu wirken. Das Projekt ist rein fiktiv.