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In this work, the effect of low air relative humidity on the operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell is investigated. An innovative method through performing in situ electrochemical impedance spectroscopy is utilised to quantify the effect of inlet air relative humidity at the cathode side on internal ionic resistances and output voltage of the fuel cell. In addition, algorithms are developed to analyse the electrochemical characteristics of the fuel cell. For the specific fuel cell stack used in this study, the membrane resistance drops by over 39 % and the cathode side charge transfer resistance decreases by 23 % after increasing the humidity from 30 % to 85 %, while the results of static operation also show an increase of ∼2.2 % in the voltage output after increasing the relative humidity from 30 % to 85 %. In dynamic operation, visible drying effects occur at < 50 % relative humidity, whereby the increase of the air side stoichiometry increases the drying effects. Furthermore, other parameters, such as hydrogen humidification, internal stack structure, and operating parameters like stoichiometry, pressure, and temperature affect the overall water balance. Therefore, the optimal humidification range must be determined by considering all these parameters to maximise the fuel cell performance and durability. The results of this study are used to develop a health management system to ensure sufficient humidification by continuously monitoring the fuel cell polarisation data and electrochemical impedance spectroscopy indicators.
Muscle function is compromised by gravitational unloading in space affecting overall musculoskeletal health. Astronauts perform daily exercise programmes to mitigate these effects but knowing which muscles to target would optimise effectiveness. Accurate inflight assessment to inform exercise programmes is critical due to lack of technologies suitable for spaceflight. Changes in mechanical properties indicate muscle health status and can be measured rapidly and non-invasively using novel technology. A hand-held MyotonPRO device enabled monitoring of muscle health for the first time in spaceflight (> 180 days). Greater/maintained stiffness indicated countermeasures were effective. Tissue stiffness was preserved in the majority of muscles (neck, shoulder, back, thigh) but Tibialis Anterior (foot lever muscle) stiffness decreased inflight vs. preflight (p < 0.0001; mean difference 149 N/m) in all 12 crewmembers. The calf muscles showed opposing effects, Gastrocnemius increasing in stiffness Soleus decreasing. Selective stiffness decrements indicate lack of preservation despite daily inflight countermeasures. This calls for more targeted exercises for lower leg muscles with vital roles as ankle joint stabilizers and in gait. Muscle stiffness is a digital biomarker for risk monitoring during future planetary explorations (Moon, Mars), for healthcare management in challenging environments or clinical disorders in people on Earth, to enable effective tailored exercise programmes.
In the context of the increasing digitalization, the Internet of Things (IoT) is seen as a technological driver through which completely new business models can emerge in the interaction of different players. Identified key players include traditional industrial companies, municipalities and telecommunications companies. The latter, by providing connectivity, ensure that small devices with tiny batteries can be connected almost anywhere and directly to the Internet. There are already many IoT use cases on the market that provide simplification for end users, such as Philips Hue Tap. In addition to business models based on connectivity, there is great potential for information-driven business models that can support or enhance existing business models. One example is the IoT use case Park and Joy, which uses sensors to connect parking spaces and inform drivers about available parking spaces in real time. Information-driven business models can be based on data generated in IoT use cases. For example, a telecommunications company can add value by deriving more decision-relevant information – called insights – from data that is used to increase decision agility. In addition, insights can be monetized. The monetization of insights can only be sustainable, if careful attention is taken and frameworks are considered. In this chapter, the concept of information-driven business models is explained and illustrated with the concrete use case Park and Joy. In addition, the benefits, risks and framework conditions are discussed.
Inhalt dieses Projektes ist die visuelle Neuinterpretation sieben traditioneller Grimm Märchen. Der Fokus liegt auf den Illustrationen, welche von den entsprechenden bestehenden Textinhalten separat begleitet werden. Dem gewählten Illustrationsstil „Pixel-Art" liegt die Intention zugrunde, gängige Darstellungsformen des Märchen-Genres aufzubrechen: visuell wird sich bewusst auf das beschränkte Auflösungsvermögen von Bildschirmen bezogen. Aufgrund des digitalen Illustrierens wird dies als Stilmittel eingesetzt. Die digitale Darstellungsform wird durch den Druckprozess der Medien in den physischen Raum übertragen und so erlebbar gemacht.
This paper presents a thermal simulation environment for moving objects on the lunar surface. The goal of the thermal simulation environment is to enable the reliable prediction of the temperature development of a given object on the lunar surface by providing the respective heat fluxes for a mission on a given travel path. The user can import any object geometry and freely define the path that the object should travel. Using the path of the object, the relevant lunar surface geometry is imported from a digital elevation model. The relevant parts of the lunar surface are determined based on distance to the defined path. A thermal model of these surface sections is generated, consisting of a porous layer on top and a denser layer below. The object is moved across the lunar surface, and its inclination is adapted depending on the slope of the terrain below it. Finally, a transient thermal analysis of the object and its environment is performed at several positions on its path and the results are visualized. The paper introduces details on the thermal modeling of the lunar surface, as well as its verification. Furthermore, the structure of the created software is presented. The robustness of the environment is verified with the help of sensitivity studies and possible improvements are presented.
Pulmonary arterial cannulation is a common and effective method for percutaneous mechanical circulatory support for concurrent right heart and respiratory failure [1]. However, limited data exists to what effect the positioning of the cannula has on the oxygen perfusion throughout the pulmonary artery (PA). This study aims to evaluate, using computational fluid dynamics (CFD), the effect of different cannula positions in the PA with respect to the oxygenation of the different branching vessels in order for an optimal cannula position to be determined. The four chosen different positions (see Fig. 1) of the cannulas are, in the lower part of the main pulmonary artery (MPA), in the MPA at the junction between the right pulmonary artery (RPA) and the left pulmonary artery (LPA), in the RPA at the first branch of the RPA and in the LPA at the first branch of the LPA.
The Inverted Rotary Pendulum: Facilitating Practical Teaching in Advanced Control Engineering
(2024)
This paper outlines a practical approach to teach control engineering principles, with an inverted rotary pendulum, serving as an illustrative example. It shows how the pendulum is embedded in an advanced course of control engineering. This approach is incorporated into a flipped-classroom concept, as well as classical teaching concepts, offering students practical experience in control engineering. In addition, the design of the pendulum is shown, using a Raspberry Pi as the target platform for Matlab Simulink. This pendulum can be used in the classroom to evaluate the controller design mentioned above. It is analysed if the use of the pendulum generates a deeper understanding of the learning contents.
Baustoffe
(2024)
In dem Projekt „caffé eccezionale for la marzocco“ wurde sich mit der Gestaltung eines interaktiven Showrooms für die renommierte Kaffeemaschinenmarke „La Marzocco“ auseinandergesetzt. Dieser Showroom befindet sich im Belgischen Viertel in Köln und bietet einen einzigartigen Einblick in die Welt des Espressos. Die Zielsetzung: nicht nur die Leidenschaft für Kaffee und sein präzises Handwerk zu teilen, sondern auch auf die dringende Notwendigkeit hinzuweisen, nachhaltige Praktiken im Kaffeeanbau zu fördern. Durch die einzigartige Gestaltung des Showrooms wurde eine Atmosphäre geschaffen, die Besucher:innen ermöglicht, die Marke sinnlich zu entdecken und kennenzulernen. Er fungiert nicht nur als Ausstellungsraum für Kaffeemaschinen, sondern auch als Plattform, die die Besuche:innen auf eine interaktive Erlebnisreise durch die Welt des Kaffees führt.
Many important properties of bacterial cellulose (BC), such as moisture absorption capacity, elasticity and tensile strength, largely depend on its structure. This paper presents a study on the effect of the drying method on BC films produced by Medusomyces gisevii using two different procedures: room temperature drying (RT, (24 ± 2 °C, humidity 65 ± 1%, dried until a constant weight was reached) and freeze-drying (FD, treated at − 75 °C for 48 h). BC was synthesized using one of two different carbon sources—either glucose or sucrose. Structural differences in the obtained BC films were evaluated using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction. Macroscopically, the RT samples appeared semi-transparent and smooth, whereas the FD group exhibited an opaque white color and sponge-like structure. SEM examination showed denser packing of fibrils in FD samples while RT-samples displayed smaller average fiber diameter, lower surface roughness and less porosity. AFM confirmed the SEM observations and showed that the FD material exhibited a more branched structure and a higher surface roughness. The samples cultivated in a glucose-containing nutrient medium, generally displayed a straight and ordered shape of fibrils compared to the sucrose-derived BC, characterized by a rougher and wavier structure. The BC films dried under different conditions showed distinctly different crystallinity degrees, whereas the carbon source in the culture medium was found to have a relatively small effect on the BC crystallinity.
Harte Arbeit, Hunger, Unterkühlung und Ungewissheit – dies war der normale Alltag der Trudarmee im 2. Weltkrieg. Ekatharina, eine deutsche Sowjetbürgerin, wurde wie viele andere gegen ihren Willen in diese Armee eingezogen. Die Bachelorarbeit „Ekatharina – Leben in der Trudarmee“ behandelt den Lebensabschnitt einer Überlebenden, der Urgroßmutter der Autorin, in Form eines Graphic Novels. In der Trudarmee, auch Arbeitsarmee genannt, musste sie unter schweren Bedingungen Zwangsarbeit verrichten, wie arbeiten in der Schmiede, Bäume fällen oder Stämme schleppen. Das Projekt soll nicht nur die Erinnerungen und das kulturelle Gut bewahren, es soll auch die Familiengeschichte erforschen, die Vergangenheit verständlich gestalten und die beteiligten Personen in Ehren halten.
Blue in Green
(2024)
Porträts sind allgegenwärtig und begegnen uns täglich in den verschiedensten Formen und an den verschiedensten Orten. Sie sind zu einem nicht unbedeutenden Aspekt unseres kulturellen und sozialen Lebens geworden. Die Fotografie verspricht dabei eine unverfälschte Wiedergabe der Realität. Das Porträt fungiert an vielen Stellen sogar als Stellvertreter der abgebildeten Person. Es entsteht eine gewisse parasoziale Vertrautheit zur Abbildung. Allerdings birgt der Prozess des Porträtierens zahlreiche Herausforderungen und Beschränkungen: Störfaktoren, technischer sowie psychologischer Natur, beeinflussen die Diskrepanz zwischen einer Person und ihrer Abbildung erheblich. „Blue in Green“ ist ein installativer Raum, welcher die Rezipient*innen mit besagten Störfaktoren konfrontiert, die Vertrautheit mit der Abbildung bricht und so zu einer Auseinandersetzung mit Porträts aus möglichst vielen verschiedenen Perspektiven provoziert.
Optimierte Schnittmuster in Kleinunternehmen : Konzept zur Branchenverschiebung in der Modeindustrie
(2024)
Die vorliegende Arbeit widmet sich Herangehensweisen, die dem Fast-Fashion-Phänomen – einem Trend in der Bekleidungsindustrie, der sich durch immer schnellere Produktion, kürzere Produktlebenszyklen und kostengünstigere Massenproduktion auszeichnet, entgegenstehen. Die alternative Herangehensweise orientiert sich am Berufsbild des Maßschneiders. Ein Lasercutter, der für den Arbeitsalltag von Kleinunternehmen in der Kleidungsbranche optimiert ist, übernimmt das Ausschneiden von Schnittmustern auf Stoffen. Dies ermöglicht Unternehmen in der digitalisierten Welt konkurrenzfähig zu bleiben, ohne große Aufrüstungsarbeiten.
This paper investigates the interior transmission problem for homogeneous media via eigenvalue trajectories parameterized by the magnitude of the refractive index. In the case that the scatterer is the unit disk, we prove that there is a one-to-one correspondence between complex-valued interior transmission eigenvalue trajectories and Dirichlet eigenvalues of the Laplacian which turn out to be exactly the trajectorial limit points as the refractive index tends to infinity. For general simply-connected scatterers in two or three dimensions, a corresponding relation is still open, but further theoretical results and numerical studies indicate a similar connection.
Die Energiewende wird häufig als „nachhaltig“ bezeichnet, das genaue Begriffsverständnis
bleibt jedoch vage. Diese Transformation von fossilen und nuklearen hin zu erneuerbaren
Energiequellen steht im Fokus der Treibhausgasneutralität. So soll dem fortschreitenden
Klimawandel entgegengetreten werden.
Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Definition eines möglichen Verständnisses von
„Nachhaltigkeit“ in der Energiewende des deutschen Stromsektors. Die leitenden
Forschungsfragen lauten: Was kann im Zusammenhang mit der Energiewende im
Stromsektor Deutschlands unter Nachhaltigkeit verstanden werden? Inwieweit unterscheidet
sich dieses Verständnis von der bisherigen Herangehensweise?
Die Datenbasis zur Beantwortung dieser liefern sechs leitfadengestützte
Expert:inneninterviews. Als Analysemethode dient die inhaltliche Strukturierung nach
Mayring (2015).
Die qualitative Studie hat gezeigt, dass eine nachhaltige Energiewende den Menschen und
die Natur zentralisiert. Weiter aufgeschlüsselt stehen die drei Nachhaltigkeitsdimensionen
und die Generationengerechtigkeit. Dabei dient die ökonomische Dimension der sozialen
und ökologischen. Wichtig sind die Inklusion und Beteiligung von Bevölkerung,
Unternehmen und Politik. Gleichzeitig ist sie Herausforderung und Chance für einen
positiven gesellschaftlichen Wandel. Technisch dienen Windenergie- und
Photovoltaikanlagen als Energielieferanten und Wasserstoffsysteme als Zwischenspeicher,
Stabilitätssicherung und zur Kopplung der Sektoren. Damit ist Nachhaltigkeit die Chance,
die Energiewende richtig zu gestalten und damit über Klimaneutralität hinauszugehen
New insights into the influence of pre-culture on robust solvent production of C. acetobutylicum
(2024)
Clostridia are known for their solvent production, especially the production of butanol. Concerning the projected depletion of fossil fuels, this is of great interest. The cultivation of clostridia is known to be challenging, and it is difficult to achieve reproducible results and robust processes. However, existing publications usually concentrate on the cultivation conditions of the main culture. In this paper, the influence of cryo-conservation and pre-culture on growth and solvent production in the resulting main cultivation are examined. A protocol was developed that leads to reproducible cultivations of Clostridium acetobutylicum. Detailed investigation of the cell conservation in cryo-cultures ensured reliable cell growth in the pre-culture. Moreover, a reason for the acid crash in the main culture was found, based on the cultivation conditions of the pre-culture. The critical parameter to avoid the acid crash and accomplish the shift to the solventogenesis of clostridia is the metabolic phase in which the cells of the pre-culture were at the time of inoculation of the main culture; this depends on the cultivation time of the pre-culture. Using cells from the exponential growth phase to inoculate the main culture leads to an acid crash. To achieve the solventogenic phase with butanol production, the inoculum should consist of older cells which are in the stationary growth phase. Considering these parameters, which affect the entire cultivation process, reproducible results and reliable solvent production are ensured.
Tracking healthy habits : Digitale Anwendung zur Förderung von gesunder
Ernährung und Verhalten
(2024)
"Tracking healthy habits" ist eine App, die darauf abzielt, gesündere Essgewohnheiten und mehr Bewegung zu fördern, indem sie verschiedene messbare Metriken erfasst. Die Anwendung legt einen besonderen Schwerpunkt auf das Verfolgen von Kalorien, um Nutzer:innen dabei zu helfen, ihre tägliche Kalorienaufnahme zu kontrollieren und ein besseres Verständnis für Lebensmittel zu entwickeln. Ein übermäßiger Konsum ungesunder Lebensmittel und Bewegungsmangel können sich negativ auf den geistigen und körperlichen Zustand auswirken. Daher unterstützt diese App Nutzer:innen dabei, gesündere Gewohnheiten zu entwickeln und Disziplin zu fördern. Die Hauptziele von "Tracking Healthy Habits" sind die Förderung gesünderer Essgewohnheiten, die Unterstützung langfristiger Verhaltensänderungen durch kontinuierliches Monitoring und die Verbesserung der körperlichen sowie geistigen Gesundheit.
Lifting propellers are of increasing interest for Advanced Air Mobility. All propellers and rotors are initially twisted beams, showing significant extension–twist coupling and centrifugal twisting. Torsional deformations severely impact aerodynamic performance. This paper presents a novel approach to assess different reasons for torsional deformations. A reduced-order model runs large parameter sweeps with algebraic formulations and numerical solution procedures. Generic beams represent three different propeller types for General Aviation, Commercial Aviation, and Advanced Air Mobility. Simulations include solid and hollow cross-sections made of aluminum, steel, and carbon fiber-reinforced polymer. The investigation shows that centrifugal twisting moments depend on both the elastic and initial twist. The determination of the centrifugal twisting moment solely based on the initial twist suffers from errors exceeding 5% in some cases. The nonlinear parts of the torsional rigidity do not significantly impact the overall torsional rigidity for the investigated propeller types. The extension–twist coupling related to the initial and elastic twist in combination with tension forces significantly impacts the net cross-sectional torsional loads. While the increase in torsional stiffness due to initial twist contributes to the overall stiffness for General and Commercial Aviation propellers, its contribution to the lift propeller’s stiffness is limited. The paper closes with the presentation of approximations for each effect identified as significant. Numerical evaluations are necessary to determine each effect for inhomogeneous cross-sections made of anisotropic material.
Das Bachelorprojekt „Identity, Inside a Simulation“ ist eine experimentelle, fotografische Auseinandersetzung mit dem Thema Identität. In einer sich ständig weiter digitalisierenden Welt werden neue Arten der Kommunikation, auch zwischen Mensch und Maschine, ermöglicht. Diese lassen die Grenzen zwischen Realität und Simulation verschwimmen. In diesem Projekt ist die moderne Frage nach Identität mit dem aktuellen Mittel KI auf neue Darstellungsmöglichkeiten analysiert worden. Eine Arbeit, die der Frage nachgeht, wie Identität innerhalb einer simulierten Welt verstanden werden kann. Dabei werden Parallelen zu der realen Welt aufgewiesen. Visuell eröffnet die Ausstellung eine neue Sichtweise für die Nutzung aktueller Technologien und das Verständnis von der eigenen Identität.
Durch die Einführung von Building Information Modeling (BIM) sowohl projektspezifisch als auch in ganze Unternehmungen hat die Baubranche einen weitreichenden Veränderungsprozess angestoßen.
Building Information Modeling kann als eine Methode angesehen werden, um die Informationsasymmetrien zwischen den Projektbeteiligten so gering wie möglich zu halten.