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The thermal conductivity of components manufactured using Laser Powder Bed Fusion (LPBF), also called Selective Laser Melting (SLM), plays an important role in their processing. Not only does a reduced thermal conductivity cause residual stresses during the process, but it also makes subsequent processes such as the welding of LPBF components more difficult. This article uses 316L stainless steel samples to investigate whether and to what extent the thermal conductivity of specimens can be influenced by different LPBF parameters. To this end, samples are set up using different parameters, orientations, and powder conditions and measured by a heat flow meter using stationary analysis. The heat flow meter set-up used in this study achieves good reproducibility and high measurement accuracy, so that comparative measurements between the various LPBF influencing factors to be tested are possible. In summary, the series of measurements show that the residual porosity of the components has the greatest influence on conductivity. The degradation of the powder due to increased recycling also appears to be detectable. The build-up direction shows no detectable effect in the measurement series.
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.
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.
Drink me
(2024)
„Drink me“ ist ein Kurzfilm über drei Freunde auf einer Party, auf der ein mysteriöses Getränk verteilt wird, das die Partygäste in einen besonderen Rausch versetzt. Die Farben fangen an zu leuchten, die Musik wird klarer, alles fühlt sich intensiver an. Bis sich die Wahrnehmung der Protagonistin Ally plötzlich verändert: Vom bunt leuchtenden Rauschzustand zur scheinbaren Realität: Einem grauen, kalten Bunker voller abgewrackter Gestalten. Ally versucht die Party zu verlassen, doch während ihre Wahrnehmungen immer weiter verschwimmen, verliert sie gleichzeitig allmählich ihr Bewusstsein. Der Film bietet durch die Darstellung der verschiedenen Wahrnehmungszustände und das Verschwimmen derer ein visuell besonders spannendes Erlebnis.
Die Menschheit lebt über ihre Verhältnisse: Permanent übersteigt unser Verbrauch die uns jährlich zur Verfügung stehenden Ressourcen. Der Energiebedarf digitaler Anwendungen wird dabei meist unterschätzt. Wie Interaction-Designer:innen einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Websites leisten können, ist aktuell nur durch aufwendige Recherche zu beantworten. Die Bachelorarbeit »Seeds« stellt einen Schritt im Prozess zu mehr Nachhaltigkeit dar. Sie umfasst ein Toolkit, bestehend aus einer Website und einem Plugin für gängige Designtools. Dieses bündelt alle Informationen, um das Internet barriereärmer, sozialer, ethischer und eben auch ökologisch verträglicher zu gestalten. Während die Website eine Anlaufstelle für den Wissensaufbau darstellt, unterstützt das Plugin bei der Entwicklung eigener Designs, ohne dass Gestalter:innen den Designprozess verlassen müssen.
In der heutigen Welt sind Kinder in zunehmendem Maße Stress aus verschiedenen Quellen wie schulischen Anforderungen, familiärem Druck und ungewohnten Situationen ausgesetzt. Dieser Aspekt wird von vielen Erwachsenen oft vernachlässigt. Das kann dazu führen, dass sich bei Kindern Frustration und Ärger aufstauen. Insbesondere das schulische Umfeld stellt ein erhebliches Stresspotenzial dar, da von den Kindern hohe Leistungen erwartet werden. Leistungsdruck, soziale Erwartungen und Frustration tragen zu diesem Eindruck bei. Auch der Unterricht bildet da keine Ausnahme und ist aufgrund seiner zentralen Bedeutung eine potenzielle Stressquelle. Als spezialisierter Begleiter bietet HypnoStress den Kindern die Möglichkeit, mit hypnosebasierten Techniken die Stressoren des Alltags zu bewältigen und sich auf neue Herausforderungen vorzubereiten.
Ecosystems : Neuinterpretation von Elementen der Savanne zu Objekten zwischen Kunst und Design.
(2024)
Das Projekt „Ecosystems“ (deutsch Ökosysteme) beschreibt die zusammenhängende Entwicklung eines Produktsystems, inspiriert von einzelnen Elementen der afrikanischen Savanne. Das Ökosystem und alle damit verbundenen Strukturen werden als Grundlage für die Konzeption der Objekte genutzt und fortlaufend weitgehend abstrahiert. Die Produktkollektion, bestehend aus sechs verschiedenen Möbeln und Objekten, stellt zusammen das Ökosystem der afrikanischen Savanne dar. Elemente der Savanne können ganz unterschiedlicher Natur sein. Sowohl die bekannten Tiere, wie die sogenannten Big Five, kleine Savannenbewohner:innen oder unterschiedliche Pflanzen bilden zusammen die Grundlage für das Ökosystem. Jedes Objekt bezieht die Inspiration dabei aus einem anderen Element der Savanne. Die Grundlage der Objekte bildet dabei nicht allein das optische Erscheinungsbild der Tiere und Pflanzen, sondern vielmehr die damit verbundenen Emotionen und Reaktionen.
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.
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.
Critical quantitative evaluation of integrated health management methods for fuel cell applications
(2024)
Online fault diagnostics is a crucial consideration for fuel cell systems, particularly in mobile applications, to limit downtime and degradation, and to increase lifetime. Guided by a critical literature review, in this paper an overview of Health management systems classified in a scheme is presented, introducing commonly utilised methods to diagnose FCs in various applications. In this novel scheme, various Health management system methods are summarised and structured to provide an overview of existing systems including their associated tools. These systems are classified into four categories mainly focused on model-based and non-model-based systems. The individual methods are critically discussed when used individually or combined aimed at further understanding their functionality and suitability in different applications. Additionally, a tool is introduced to evaluate methods from each category based on the scheme presented. This tool applies the technique of matrix evaluation utilising several key parameters to identify the most appropriate methods for a given application. Based on this evaluation, the most suitable methods for each specific application are combined to build an integrated Health management system.
In der wasserbaulichen Forschung werden neben klassischen Messinstrumenten zunehmend kamerabasierte Verfahren genutzt. Diese erlauben neben der Bestimmung von Fließgeschwindigkeiten auch die Detektion der freien Wasseroberfläche oder zeitliche Vermessung von Kolken. Durch die hohen räumlichen und zeitlichen Auflösungen, welche neueste Kamerasensoren liefern, können neue Erkenntnisse in turbulenten, komplexen Strömungen gewonnen werden. Auch in der Praxis können diese Verfahren mit geringem Aufwand wichtige Daten liefern.
Mathematical morphology is a part of image processing that has proven to be fruitful for numerous applications. Two main operations in mathematical morphology are dilation and erosion. These are based on the construction of a supremum or infimum with respect to an order over the tonal range in a certain section of the image. The tonal ordering can easily be realised in grey-scale morphology, and some morphological methods have been proposed for colour morphology. However, all of these have certain limitations.
In this paper we present a novel approach to colour morphology extending upon previous work in the field based on the Loewner order. We propose to consider an approximation of the supremum by means of a log-sum exponentiation introduced by Maslov. We apply this to the embedding of an RGB image in a field of symmetric 2x2 matrices. In this way we obtain nearly isotropic matrices representing colours and the structural advantage of transitivity. In numerical experiments we highlight some remarkable properties of the proposed approach.
Direct sampling method via Landweber iteration for an absorbing scatterer with a conductive boundary
(2024)
In this paper, we consider the inverse shape problem of recovering isotropic scatterers with a conductive boundary condition. Here, we assume that the measured far-field data is known at a fixed wave number. Motivated by recent work, we study a new direct sampling indicator based on the Landweber iteration and the factorization method. Therefore, we prove the connection between these reconstruction methods. The method studied here falls under the category of qualitative reconstruction methods where an imaging function is used to recover the absorbing scatterer. We prove stability of our new imaging function as well as derive a discrepancy principle for recovering the regularization parameter. The theoretical results are verified with numerical examples to show how the reconstruction performs by the new Landweber direct sampling method.
We consider the numerical approximation of second-order semi-linear parabolic stochastic partial differential equations interpreted in the mild sense which we solve on general two-dimensional domains with a C² boundary with homogeneous Dirichlet boundary conditions. The equations are driven by Gaussian additive noise, and several Lipschitz-like conditions are imposed on the nonlinear function. We discretize in space with a spectral Galerkin method and in time using an explicit Euler-like scheme. For irregular shapes, the necessary Dirichlet eigenvalues and eigenfunctions are obtained from a boundary integral equation method. This yields a nonlinear eigenvalue problem, which is discretized using a boundary element collocation method and is solved with the Beyn contour integral algorithm. We present an error analysis as well as numerical results on an exemplary asymmetric shape, and point out limitations of the approach.
Wie kann man das Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) konkret und anwendbar für Forschende gestalten, die bisher noch wenig Kontakt damit hatten? Auf diese Frage gibt das Konzept „30 Minuten FDM für HAW. Ein Informationsformat für Forschende an HAW in NRW“ eine Antwort. Es entstand als Projektarbeit im Zertifikatskurs Forschungsdatenmanagement 2023/24
Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW
(2024)
Im Rahmen der Love Data Week vom 12. bis 16.02.2024 haben die BMBF-Projekte FDM2_TH_Koeln der TH Köln (FK 16FDFH105) und Persist@HAW der FH Aachen (FK 16FDFH129) am 15.02.2024 gemeinsam eine Online-Veranstaltung mit dem Titel „Ingenieurwissenschaften im Fokus: Zugänge zu einem effektiven Forschungsdatenmanagement an HAW“ angeboten. Diese richtete sich an Forschende aus den Ingenieurwissenschaften, die einen ersten Zugang zum Thema Forschungsdatenmanagement (FDM) suchen und erfahren möchten, welche speziellen Angebote für die Daten aus den Ingenieurwissenschaften existieren.
In der Veranstaltung wurden wesentliche Aspekte des Forschungsdatenmanagements entlang des Datenlebenszyklus beleuchtet. Ziel war es, den Teilnehmenden praxisnahe Einblicke und Hilfestellungen zu einem effektiven Umgang mit Forschungsdaten an Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) zu bieten. Durch Beispiele und konkrete Empfehlungen wurde das Thema zugänglich gemacht.
Um die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine optimal für Forschungsprojekte nutzen zu können, ist es sinnvoll, einige Fragen im Vorhinein zu klären. So können aufwendige Änderungen der Datenverwaltung im Nachhinein vermieden werden. Hierzu bietet die Handreichung hilfreiche Leitfragen und Erläuterungen für Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen).
FDM-Service-Mitarbeitende können die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen.
Welche Vorteile bietet die Forschungsdatenmanagement-Plattform Coscine für die Verwaltung von Daten in Forschungsprojekten? Hierzu gibt die Handreichung einen schnellen Überblick über den landesgeförderten Dienst Coscine für Forschende und FDM-Service-Personal an HAW in NRW (DH.NRW-Hochschulen).
FDM-Service-Mitarbeitende können die Handreichung in ihrer Beratung zu Coscine einsetzen und mit der Eingabemaske in der Kopfzeile des Dokuments auf ihre Hochschule anpassen.
After a brief introduction of conventional laboratory structures, this work focuses on an innovative and universal approach for a setup of a training laboratory for electric machines and drive systems. The novel approach employs a central 48 V DC bus, which forms the backbone of the structure. Several sets of DC machine, asynchronous machine and synchronous machine are connected to this bus. The advantages of the novel system structure are manifold, both from a didactic and a technical point of view: Student groups can work on their own performance level in a highly parallelized and at the same time individualized way. Additional training setups (similar or different) can easily be added. Only the total power dissipation has to be provided, i.e. the DC bus balances the power flow between the student groups. Comparative results of course evaluations of several cohorts of students are shown.
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.
This paper serves as an introduction to the ECTS monitoring system and its potential applications in higher education. It also emphasizes the potential for ECTS monitoring to become a proactive system, supporting students by predicting academic success and identifying groups of potential dropouts for tailored support services. The use of the nearest neighbor analysis is suggested for improving data analysis and prediction accuracy.
Das Diskussionspapier beschreibt einen Prozess an der FH Aachen zur Entwicklung und Implementierung eines Self-Assessment-Tools für Studiengänge. Dieser Prozess zielte darauf ab, die Relevanz der Themen Digitalisierung, Internationalisierung und Nachhaltigkeit in Studiengängen zu stärken. Durch Workshops und kollaborative Entwicklung mit Studiendekan:innen entstand ein Fragebogen, der zur Reflexion und strategischen Weiterentwicklung der Studiengänge dient.
Bald eine Dekade ist es her, dass diese annähernd mantraartig wiederholte Phrase Unternehmen zur Umsetzung datenschutzrechtlicher Vorgaben incentivierte. Was ist davon geblieben? Nur wenige in Deutschland verhängte Bußgelder erreichten Millionenhöhe. Hintergrund ist (auch) das deutsche Ordnungswidrigkeitenrecht, welches in einem Spannungsverhältnis zu den Vorgaben der DS-GVO steht. Ein Bußgeldbescheid der Berliner Datenschutzaufsicht gegen die Deutsche Wohnen sollte Auslöser eines langen, fortdauernden Rechtsstreits werden. Auf Vorlage des KG hatte der EuGH in der Rechtssache C-807/21 („Deutsche Wohnen“) erstmals Gelegenheit, sich zur Frage der Bußgeldhaftung zu positionieren.
Seit Ende 2022 prägt das Schlagwort „Künstliche Intelligenz“ (KI) nicht nur den rechtswissenschaftlichen Diskurs. Die allgemeine Verfügbarkeit von generativen KI-Modellen, allen voran die großen Sprachmodelle (Large Language Models, kurz: LLM) wie ChatGPT von OpenAI oder Bing AI von Microsoft, erfreuen sich größter Beliebtheit: LLM sind in der Lage, auf Grundlage statistischer Methoden – eine entsprechende Schnittstelle (Interface) vorausgesetzt – auch technisch wenig versierten Nutzern verständliche Antworten auf ihre Fragen zu liefern. Dabei werden nicht nur umfassend Nutzerdaten verarbeitet, sondern auch auf weitere personenbezogene Daten zugegriffen sowie neue Daten erzeugt. Der Beitrag geht der Frage nach, welche spezifischen datenschutzrechtlichen Herausforderungen sich für Unternehmen beim Einsatz solcher LLM stellen.
Das Thema Datenschutz wurde bei der öffentlichen Auftragsvergabe bislang vor allem in Bezug auf Drittlandtransfers personenbezogener Daten in die USA diskutiert. Jedoch spielt der Datenschutz für das Vergabeverfahren und für die Ausführung datenschutzrelevanter Leistungen generell eine wesentliche Rolle. Gleichwohl herrschen bislang unter öffentlichen Auftraggebern Schwierigkeiten, datenschutzrechtlich relevante Fallkonstellationen zu erkennen, die möglichen Risiken daraus abzuleiten und, sofern dies gelingt, diesen Risiken angemessen zu begegnen. Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der datenschutzrechtlichen Verantwortlichkeit, ihren Folgen und den daraus resultierenden Konsequenzen für die Gestaltung von Vergabeverfahren und Vergabeunterlagen.
Depressed Furniture ist eine abstrakte Übersetzung von Depressionen in Möblierung. Es handelt sich um eine Rauminstallation von fünf Leuchten, die der Erkrankung in einem unüblichen Kontext eine Plattform gibt. Dadurch stellt das Projekt eine Schnittstelle zwischen Kunst, Design und Gesellschaft dar. Jede Leuchte verkörpert eine Empfindung, mit der sich ein Großteil der Betroffenen identifizieren kann. Es wird Bewusstsein für die Komplexität der Krankheit geschaffen und das Tabu um mentale Krankheiten gebrochen. Neben der Regular Collection können auch Tischvarianten (Compact Collection) erworben werden. Depressed Furniture zeigt, dass es durchaus möglich ist, eine unschöne Thematik zu abstrahieren und ihr neutral zu begegnen. Es verdeutlicht, wie Design dazu beitragen kann, sensible Themen auf kreative Weise zu kommunizieren.
Zookunft: Zoo der Zukunft
(2024)
Inmitten globaler Natur- und Artenschutzherausforderungen ist die Transformation zoologischer Einrichtungen entscheidend. "Zookunft" präsentiert ein innovatives Konzept für ein Tropenhaus im Kölner Zoo, das Natur und Augmented Reality einzigartig verknüpft. Ziel ist ein Raumkonzept, welches den Besucher:innen ein tiefes Verständnis für die Fauna und Flora des südostasiatischen Regenwaldes vermitteln soll. Durch die geschickte Integration von Augmented Reality entsteht eine innovative Lern- und Erlebniswelt, die Umweltschutz- und Artenschutzbemühungen unterstützt und nachhaltige Bildung fördert. Besuchende tauchen aktiv in die faszinierende Welt des Regenwaldes ein, wenn Natur und Augmented Reality eine immersive Umgebung schaffen. "Zookunft" soll als Vorreiter für Zooumgestaltungen dienen, Mensch und Natur verbinden und nachhaltige Bildung fördern. Ein Raum, der Naturerlebnisse und Technologie beeindruckend kombiniert.
ARCHER : become the Arrow
(2024)
„Archer“ ist ein Redesign des Freischwingers. Ein klassischer Freischwinger ist ein aus Rohr gebogener Stuhl ohne Hinterbeine. Das Konzept des Freischwingers macht sich die Elastizität des Stahlrohrs zunutze, um einen schwingenden Sitz zu produzieren. An dieses Konzept knüpft „Archer“ herstellungstechnisch an, ergänzt jedoch ein paar Features. Der erste „USP“ ist die Rückenlehne, welche aus Nylonschnur gewoben ist. Die Lehne rahmt mehrdimensional eine Sattelfläche ein, die sich überraschend ergonomisch dem Rücken anpasst. Sie wächst aus den Armlehnen von vorne hinter dem Rücken zusammen. Eine weitere Neuheit sind die Hinterbeine des Stuhls. Der Schwung soll nicht weg, sondern hin zu dem, was was vor den Nutzenden liegt. In Kombination mit der Lehne, die aus den Armlehnen wächst und hinter dem Rücken schließt, ist das Gewicht über den Beinen gut ausbalanciert. In seinem Aufbau vereint Er ein reduziertes klares Stahlgestell mit dramatisch gewobener Schnur. Die zwei sichtbaren Materialien im Spiel miteinander werden optisch nur noch ergänzt von einem aus Kupfer, Messing oder Edelstahl gedrehten Stopfen mit konischem InLay. Der völlig eigene Aufbau mit Hinterbeinen und Armlehnen erlaubt federleichtes Schwingen, einfaches Aufstehen, neutralisiert Nervosität und fängt den Nutzer / die Nutzerin sanft auf. Die ineinander verwobenen Schnüre teilen das Gewicht gleichmäßig unter sich auf. Industrielle Herstellungsmethoden in Kombination mit Handarbeit machen diesen Stuhl zu etwas besonderem und da dem Konzept farblich kein Ende gesetzt ist, hat jeder Stuhl das Potenzial, zu einem unverkennbaren Einzelstück zu werden.
KALLE ist ein mitwachsender Kindertisch, dessen Besonderheit, neben der Höhenverstellung, in der Vergrößerung der Tischplatte liegt. Hierdurch kann KALLE optimal an das Wachstum der Kinder und die sich ändernden Anforderungen angepasst werden.
Es ist ein Möbelstück, das die Entwicklung der Kinder begleitet und fördert.
Im Gebrauch bezieht sich die Förderung besonders auf die kognitive Entwicklung, die Kreativität und das Sozialverhalten. Darüber hinaus sollen die Kinder mit KALLE aber auch den Umgang mit langlebigen Produkten erlernen, damit sie ein Verständnis für Nachhaltigkeit und ein umweltbewusstes Konsumverhalten entwickeln.
Seegras wird als „Rohstoff der Zukunft“ betitelt, da es helfen könnte, eine Reihe von globalen Problemen zu bekämpfen. Viele der erhofften Innovationen sind heute aber noch hypothetisch. Außerdem ist das Thema in der westlichen Welt trotz der Neigung zum Klimaschutz kaum bekannt. Die Idee von „Land Rover Symbiosis“ ist ein nachhaltiges Tourismuskonzept, das Forschung und Erlebnisreisen miteinander verknüpft. Auf einer 70m Katamaran Superyacht ist Platz für Forschungszwecke auf der einen und Raum für Expeditionsurlaub auf der anderen Seite. So entsteht ein Verhältnis an Bord, bei dem beide Parteien voneinander profitieren: Wissenschaftler:innen erhalten finanzielle Unterstützung und Kund:innen haben ein klimaneutrales Urlaubserlebnis, bei dem sie hautnah die Vorzüge und Potenziale von Seegras kennenlernen.
Incontrare, was übersetzt Begegnung bedeutet, ist ein Konferenztischkonzept, der durch seinen modularen
Aufbau heraus sticht. Dem Kunden ist es möglich das Produkt mit einem einzigen Werkzeug - fünfer Imbusschlüssel - aufzubauen. Der modulare Aufbau bietet die Möglichkeit kundenorientiert ein Produkt zusammensetzen zu können. Incontrare bietet hierdurch eine Vielzahl an Variationen, die nicht nur die gestalterischen Aspekte anspricht, sondern auch verschiedene Preisklassen abdeckt. Incontrare ist ein Tischkonzept, das sowohl im niederpreisigen , sowie auch im HighEnd Bereich funktioniert.
Klavierspielende Künstlerinnen und Künstler finden sich auf der Bühne meist an einer Kombination aus Keyboard und Keyboardständer wieder. Zwar kann der Klang eines Klaviers technisch brillant simuliert werden, jedoch verliert das Bühnenbild den Mehrwert eines traditionellen Klaviers. Um diesem Verlust von Authentizität und Wohlgefühl auf der Bühne endlich etwas entgegenzusetzen, soll ein "dupiano" gängige Keyboardständer ersetzen und sämtliche Keyboards in das Erscheinungsbild eines akustischen Klaviers hüllen. Dadurch sollen auch die visuellen Eindrücke, verknüpft mit den akustischen, an Authentizität gewinnen und den Klavierauftritt vervollständigen. Es ist leicht, stabil und ohne Werkzeug in unter 10 Sekunden aufbaubar. Auch der Abbau geschieht in unter 10 Sekunden. Verstaut werden kann es von einer Person in jedem Kofferraum. "dupiano" - was nach Klavier klingt, soll auch so aussehen!
In der Abschlussarbeit „FILOS“ wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) ein Front-End für das laserbasierte Osteotom STELLA entwickelt. STELLA soll Kraniotomie (das Eröffnen des Schädels) im wachen Zustand ermöglichen und erfordert eine benutzerfreundliche Bedienungsplattform sowie ein funktionales und ästhetisches Design. Das Ziel von „FILOS“ war es, ein Gehäuse zu entwerfen, das den medizinischen Anforderungen entspricht, und ein Bedienkonzept zu entwickeln, dass die Akzeptanz bei Patient:innen und Anwender:innen fördert. Durch Expert:innen-Interviews mit Neurochirurg:innen und enge Zusammenarbeit mit dem ILT wurde ein durchdachtes Design entwickelt. Dieses soll den Anforderungen der Anwender:innen gerecht werden, das zukünftige Operationssystem repräsentieren und somit einen Mehrwert in der Medizin schaffen.
In this work, we present a compact, bifunctional chip-based sensor setup that measures the temperature and electrical conductivity of water samples, including specimens from rivers and channels, aquaculture, and the Atlantic Ocean. For conductivity measurements, we utilize the impedance amplitude recorded via interdigitated electrode structures at a single triggering frequency. The results are well in line with data obtained using a calibrated reference instrument. The new setup holds for conductivity values spanning almost two orders of magnitude (river versus ocean water) without the need for equivalent circuit modelling. Temperature measurements were performed in four-point geometry with an on-chip platinum RTD (resistance temperature detector) in the temperature range between 2 °C and 40 °C, showing no hysteresis effects between warming and cooling cycles. Although the meander was not shielded against the liquid, the temperature calibration provided equivalent results to low conductive Milli-Q and highly conductive ocean water. The sensor is therefore suitable for inline and online monitoring purposes in recirculating aquaculture systems.
Generating synthetic LiDAR point cloud data for object detection using the Unreal Game Engine
(2024)
Object detection based on artificial intelligence is ubiquitous in today’s computer vision research and application. The training of the neural networks for object detection requires large and high-quality datasets. Besides datasets based on image data, datasets derived from point clouds offer several advantages. However, training datasets are sparse and their generation requires a lot of effort, especially in industrial domains. A solution to this issue offers the generation of synthetic point cloud data. Based on the design science research method, the work at hand proposes an approach and its instantiation for generating synthetic point cloud data based on the Unreal Engine. The point cloud quality is evaluated by comparing the synthetic cloud to a real-world point cloud. Within a practical example the applicability of the Unreal Game engine for synthetic point cloud generation could be successfully demonstrated.
Wer A sagt, muss zumindest im Kaufrecht nicht immer B sagen: Es kommt nicht selten vor, dass sich in einem Kaufvertrag einerseits ein wirksamer Ausschluss der Gewährleistung des Verkäufers für Sachmängel findet, die Parteien aber andererseits gleichwohl eine Beschaffenheitsvereinbarung für bestimmte Eigenschaften vertraglich festlegen. In diesem Problemfeld führt eine aktuelle Entscheidung des BGH zu weiteren Klärungen für die Praxis (BGH, Urt. v. 10.4.2024 – VIII ZR 161/23, MDR 2024, 706). Der folgende Beitrag setzt sich mit den vielfältigen Aspekten der Entscheidung auseinander und erläutert, aus welchen Gründen der BGH dem Käufer einige goldene Brücken für einen Schadensersatzanspruch gebaut hat.
As one class of molecular imprinted polymers (MIPs), surface imprinted polymer (SIP)-based biosensors show great potential in direct whole-bacteria detection. Micro-contact imprinting, that involves stamping the template bacteria immobilized on a substrate into a pre-polymerized polymer matrix, is the most straightforward and prominent method to obtain SIP-based biosensors. However, the major drawbacks of the method arise from the requirement for fresh template bacteria and often non-reproducible bacteria distribution on the stamp substrate. Herein, we developed a positive master stamp containing photolithographic mimics of the template bacteria (E. coli) enabling reproducible fabrication of biomimetic SIP-based biosensors without the need for the “real” bacteria cells. By using atomic force and scanning electron microscopy imaging techniques, respectively, the E. coli-capturing ability of the SIP samples was tested, and compared with non-imprinted polymer (NIP)-based samples and control SIP samples, in which the cavity geometry does not match with E. coli cells. It was revealed that the presence of the biomimetic E. coli imprints with a specifically designed geometry increases the sensor E. coli-capturing ability by an “imprinting factor” of about 3. These findings show the importance of geometry-guided physical recognition in bacterial detection using SIP-based biosensors. In addition, this imprinting strategy was employed to interdigitated electrodes and QCM (quartz crystal microbalance) chips. E. coli detection performance of the sensors was demonstrated with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and QCM measurements with dissipation monitoring technique (QCM-D).
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.
Biomass from various types of organic waste was tested for possible use in hydrogen production. The composition consisted of lignified samples, green waste, and kitchen scraps such as fruit and vegetable peels and leftover food. For this purpose, the enzymatic pretreatment of organic waste with a combination of five different hydrolytic enzymes (cellulase, amylase, glucoamylase, pectinase and xylase) was investigated to determine its ability to produce hydrogen (H2) with the hydrolyzate produced here. In course, the anaerobic rod-shaped bacterium T. neapolitana was used for H2 production. First, the enzymes were investigated using different substrates in preliminary experiments. Subsequently, hydrolyses were carried out using different types of organic waste. In the hydrolysis carried out here for 48 h, an increase in glucose concentration of 481% was measured for waste loads containing starch, corresponding to a glucose concentration at the end of hydrolysis of 7.5 g·L−1. In the subsequent set fermentation in serum bottles, a H2 yield of 1.26 mmol H2 was obtained in the overhead space when Terrific Broth Medium with glucose and yeast extract (TBGY medium) was used. When hydrolyzed organic waste was used, even a H2 yield of 1.37 mmol could be achieved in the overhead space. In addition, a dedicated reactor system for the anaerobic fermentation of T. neapolitana to produce H2 was developed. The bioreactor developed here can ferment anaerobically with a very low loss of produced gas. Here, after 24 h, a hydrogen concentration of 83% could be measured in the overhead space.
Direct air capture (DAC) combined with subsequent storage (DACCS) is discussed as one promising carbon dioxide removal option. The aim of this paper is to analyse and comparatively classify the resource consumption (land use, renewable energy and water) and costs of possible DAC implementation pathways for Germany. The paths are based on a selected, existing climate neutrality scenario that requires the removal of 20 Mt of carbon dioxide (CO2) per year by DACCS from 2045. The analysis focuses on the so-called “low-temperature” DAC process, which might be more advantageous for Germany than the “high-temperature” one. In four case studies, we examine potential sites in northern, central and southern Germany, thereby using the most suitable renewable energies for electricity and heat generation. We show that the deployment of DAC results in large-scale land use and high energy needs. The land use in the range of 167–353 km2 results mainly from the area required for renewable energy generation. The total electrical energy demand of 14.4 TWh per year, of which 46% is needed to operate heat pumps to supply the heat demand of the DAC process, corresponds to around 1.4% of Germany's envisaged electricity demand in 2045. 20 Mt of water are provided yearly, corresponding to 40% of the city of Cologne‘s water demand (1.1 million inhabitants). The capture of CO2 (DAC) incurs levelised costs of 125–138 EUR per tonne of CO2, whereby the provision of the required energy via photovoltaics in southern Germany represents the lowest value of the four case studies. This does not include the costs associated with balancing its volatility. Taking into account transporting the CO2 via pipeline to the port of Wilhelmshaven, followed by transporting and sequestering the CO2 in geological storage sites in the Norwegian North Sea (DACCS), the levelised costs increase to 161–176 EUR/tCO2. Due to the longer transport distances from southern and central Germany, a northern German site using wind turbines would be the most favourable.
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
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) constantly gain in versatility. However, more reliable path planning algorithms are required until full autonomous UAV operation is possible. This work investigates the algorithm 3DVFH* and analyses its dependency on its cost function weights in 2400 environments. The analysis shows that the 3DVFH* can find a suitable path in every environment. However, a particular type of environment requires a specific choice of cost function weights. For minimal failure, probability interdependencies between the weights of the cost function have to be considered. This dependency reduces the number of control parameters and simplifies the usage of the 3DVFH*. Weights for costs associated with vertical evasion (pitch cost) and vicinity to obstacles (obstacle cost) have the highest influence on the failure probability of the local path planner. Environments with mainly very tall buildings (like large American city centres) require a preference for horizontal avoidance manoeuvres (achieved with high pitch cost weights). In contrast, environments with medium-to-low buildings (like European city centres) benefit from vertical avoidance manoeuvres (achieved with low pitch cost weights). The cost of the vicinity to obstacles also plays an essential role and must be chosen adequately for the environment. Choosing these two weights ideal is sufficient to reduce the failure probability below 10%.
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.
Electronic cigarettes (e-cigarettes) have become popular worldwide with the market growing exponentially in some countries. The absence of product standards and safety regulations requires urgent development of analytical methodologies for the holistic control of the growing diversity of such products. An approach based on low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) at 80 MHz is presented for the simultaneous determination of key parameters: carrier solvents (vegetable glycerine (VG), propylene glycol (PG) and water), total nicotine as well as free-base nicotine fraction. Moreover, qualitative and quantitative determination of fourteen weak organic acids deliberately added to enhance sensory characteristics of e-cigarettes was possible. In most cases these parameters can be rapidly and conveniently determined without using any sample manipulation such as dilution, extraction or derivatization steps. The method was applied for 37 authentic e-cigarettes samples. In particular, eight different organic acids with the content up to 56 mg/mL were detected. Due to its simplicity, the method can be used in routine regulatory control as well as to study release behaviour of nicotine and other e-cigarettes constituents in different products.
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.