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Error analysis in a high accuracy sampled-data velocity stabilising system using Volterra series
(2015)
Recent approaches in scaffold engineering for bone defects feature hybrid hydrogels made of a polymeric network (retains water and provides light and porous structures) and inorganic ceramics (add mechanical strength and improve cell-adhesion). Innovative scaffold materials should also induce bone tissue formation and incorporation of stem cells (osteogenic differentiation) and/or growth factors (inducing/supporting differentiation). Recently, purinergic P2X and P2Y receptors have been found to significantly influence the osteogenic differentiation process of human mesenchymal stem cells (hMSC). (1) Aim of this work is to develop polysaccharide (PS) composites to be used as scaffolds containing complementary receptor ligands to enable guided stem cell differentiation towards bone formation.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst neuartige ionische Agarosederivate synthetisiert und anschließend umfassend charakterisiert. Anionische Agarosesulfate mit einer regioselektiven Derivatisierung in Position G6 wurden durch homogene Umsetzung in ionischer Flüssigkeit erhalten. Kationische Agarosecarbamate mit einstellbarem Funktionalisierungsgrad waren durch einen zweistufigen Syntheseansatz zugänglich. Hierzu wurden zunächst Agarosephenylcarbonate in einer homogenen Synthese hergestellt, im Anschluss folgte eine Aminolyse zu den gewünschten funktionalen Agarosederivaten. Die ionischen Agarosederivate waren bereits bei geringen Funktionalisierungsgraden vollständig löslich in Wasser. Damit war es möglich, Alginatmikrokapseln polyelektrolytisch zu beschichten und diese als Träger für eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung zu verwenden. Ebenfalls konnten Kompositgele aus Agarose, Hydroxyapatit und Agarosederivaten hergestellt und charakterisiert werden. Im zweiten Teil wurden sowohl die Kompositträgermaterialien als auch die Alginatmikrokapseln mit vier verschiedenen Modellwirkstoffen (ATP, Suramin, Methylenblau und A740003) beladen und die Wirkstofffreisetzung über einen Zeitraum von zwei Wochen untersucht. Für die ionischen Modellwirkstoffe erwiesen sich Kompositträgermaterialien mit ionischem Agarosederivat, die beschichteten Mikrokapseln sowie die Kombination aus Komposit und Kapseln als effektiv, um die Freisetzung auf bis zu 40% zu verlangsamen. Für die schlecht wasserlösliche Substanz A740003, ein Rezeptorligand für die osteogene Differenzierung von Stammzellen, wurde eine stark verzögerte Freisetzung aus Polyelektrolytemikrokapseln festgestellt. Mithilfe von literaturbekannten und neu entwickelten Anpassungsmodellen gelang es, die Diffusion als Hauptmechanismus der Wirkstofffreisetzung zu identifizieren und die Freisetzungskurven mathematisch akkurat zu beschreiben und daraus Rückschlüsse über die einzelnen Phasen der Freisetzung zu ziehen.
Temperature Dependency of Morphological Structure of Thermoplastic Polyurethane using WAXS and SAXS
(2016)
Polyurethanes achieved an exceptional position among the most important organic polymers due to their highly specific technological application areas. Polyurethanes represent a polyaddition product of isocyanate and diols. In terms of their enormous industrial importance, the chemistry of isocyanates has been extensively studied.
Möglichkeiten und Grenzen der Baustoffanalytik und anwendungstechnische Prüfungen an Objekten
(2018)
Untersuchungen zum Einfluss von chemischen Aktivatoren und Templaten auf die Zementhydratation
(2018)
Fatigue strength estimation is a costly manual material characterization process in which state-of-the-art approaches follow a standardized experiment and analysis procedure. In this paper, we examine a modular, Machine Learning-based approach for fatigue strength estimation that is likely to reduce the number of experiments and, thus, the overall experimental costs. Despite its high potential, deployment of a new approach in a real-life lab requires more than the theoretical definition and simulation. Therefore, we study the robustness of the approach against misspecification of the prior and discretization of the specified loads. We identify its applicability and its advantageous behavior over the state-of-the-art methods, potentially reducing the number of costly experiments.
Bionik
(2020)
Wie machen die das... kann angesichts der erstaunlichen Fähigkeiten mancher Lebewesen gefragt werden. Die Bionik fragt noch weiter …und wie kann man das nachmachen? Hier liegt ein Schwerpunkt dieses Lehrbuches, das die Bionik nicht nur an zahlreichen Beispielen erklärt, sondern auch eine Vorgehensweise für die Identifizierung biologischer Lösungen und deren Übertragung auf technische Anwendungen vermittelt. Basisinformationen der Biologie und Grundlagen der Konstruktionstechnik gewährleisten einen leichten Zugang zum Stoff. Mit dem 3D-Druck als Schlüsseltechnologie und der Thematisierung der Nachhaltigkeit geht das Buch zudem auf aktuelle Entwicklungen ein. Dieser ganzheitliche Blick auf die Bionik soll den Leser zur Durchführung bionischer Projekte befähigen und motivieren. (Verlagsangaben)
Bionik
(2022)
Wie machen die das… kann angesichts der erstaunlichen Fähigkeiten mancher Lebewesen gefragt werden. Die Bionik fragt noch weiter …und wie kann man das nachmachen? Hier liegt ein Schwerpunkt dieses Lehrbuches, das die Bionik nicht nur an zahlreichen Beispielen erklärt, sondern auch eine Vorgehensweise für die Identifizierung biologischer Lösungen und deren Übertragung auf technische Anwendungen vermittelt. Basisinformationen der Biologie und Grundlagen der Konstruktionstechnik gewährleisten einen leichten Zugang zum Stoff. Mit dem 3D-Druck als Schlüsseltechnologie und der Thematisierung der Nachhaltigkeit geht das Buch zudem auf aktuelle Entwicklungen ein. Dieser ganzheitliche Blick auf die Bionik soll den Leser zur Durchführung bionischer Projekte befähigen und motivieren. Die vorliegende Auflage wurde überarbeitet und um aktuelle Forschungserkenntnisse und Entwicklungen ergänzt. (Verlagsangaben)
This paper proposes a new artificial neural network-based maximum power point tracker for photovoltaic application. This tracker significantly improves efficiency of the photovoltaic system with series-connection of photovoltaic modules in non-uniform irradiance on photovoltaic array surfaces. The artificial neural network uses irradiance and temperature sensors to generate the maximum power point reference voltage and employ a classical perturb and observe searching algorithm. The structure of the artificial neural network was obtained by numerical modelling using Matlab/Simulink. The artificial neural network was trained using Bayesian regularisation back-propagation algorithms and demonstrated a good prediction of the maximum power point. Relative number of Vmpp prediction errors in range of ±0.2V is 0.05% based on validation data.
Cost efficient energy monitoring in existing large buildings demands for autonomous indoor sensors with low power consumption, high performance in multipath fading channels and economic implementation. Good performance in multipath fading channels can be achieved with noncoherent chaotic modulation schemes such as chaos on-off keying (COOK) or differential chaos shift keying (DCSK). While COOK stands out in the area of power consumption, DCSK excels when it comes to its performance in noisy and multipath fading channels. This paper evaluates a combination of both schemes for autonomous indoor sensors. The simulation results show 50% less power consumption than DCSK and more than 3dB SNR gain in Rayleigh fading channels at BER=10-3 as compared to COOK, making it a promising candidate for low power transmission in autonomous wireless indoor sensors. We further present an enhanced version of this scheme showing another 1 dB SNR improvement, but at 25% less power consumption than DCSK.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Insektenabwehrvorrichtung (1) zur Abwehr kriechender Insekten (2) umfassend eine Spannungserzeugungseinrichtung (4a, 4b) zur Erzeugung einer Abwehrspannung sowie umfassend zumindest zwei nebeneinander angeordnete und beabstandet zueinander verlaufende blanke elektrische Leiter (5a, 5b, 5c, 5d), die derart mit der Spannungserzeugungseinrichtung (4a, 4b) verbunden sind, dass die Abwehrspannung zwischen ihnen liegt. Die elektrischen Leiter sind als flache Leiterbahnen (5a, 5b, 5c, 5d) auf oder in der Oberfläche eines gemeinsamen Trägers (12, 13, 50, 60) ausgebildet, so dass ein Insekt (2) bei einem Berühren der Leiterbahnen (5a, 5b, 5c, 5d) einen elektrischen Schlag erhält.
Force field (FF) based molecular modeling is an often used method to investigate and study structural and dynamic properties of (bio-)chemical substances and systems. When such a system is modeled or refined, the force field parameters need to be adjusted. This force field parameter optimization can be a tedious task and is always a trade-off in terms of errors regarding the targeted properties. To better control the balance of various properties’ errors, in this study we introduce weighting factors for the optimization objectives. Different weighting strategies are compared to fine-tune the balance between bulk-phase density and relative conformational energies (RCE), using n-octane as a representative system. Additionally, a non-linear projection of the individual property-specific parts of the optimized loss function is deployed to further improve the balance between them. The results show that the overall error is reduced. One interesting outcome is a large variety in the resulting optimized force field parameters (FFParams) and corresponding errors, suggesting that the optimization landscape is multi-modal and very dependent on the weighting factor setup. We conclude that adjusting the weighting factors can be a very important feature to lower the overall error in the FF optimization procedure, giving researchers the possibility to fine-tune their FFs.
In this doctoral thesis the curing process of visible light-curing (VLC) dental composites and 3D printing rapid prototyping (RP) materials are investigated with the focus on dielectric analysis (DEA). This method is able to monitor the curing of resins in an alternating electric fringe field with adjustable frequencies and is often used for cure control of composites manufacturing in the aviation and automotive industry but hardly established in dental science or RP method development. It is capable of investigating very fast initiation and primary curing processes using high frequencies in the kHz-range. The aim of the Thesis is a better understanding of the curing processes with respect to curing parameters such as resin composition, viscosity, temperature, and for light-curing composites also light intensity and irradiation depth. Due to the nature of both dental and RP systems an application of specific experimental set-up had to be designed allowing for the generation of reproducible and valid results. Subsequently, different evaluation methods were developed to characterize the curing behavior of both material types. A special focus was paid to the determination of kinetic parameters from DEA measurements. Reaction rates of the curing of the corresponding thermosets were calculated and applied to the ion viscosity curves measured by DEA to evaluate reaction kinetic parameters. For the dental composites it could be clearly shown that the initial curing rate is directly proportional to light intensity and not to its square root as proposed by many others authors. A good description of the curing behaviour of 3DP RP materials was also achieved assuming a reaction order smaller than one. This data provides the base for the kinetic modeling of polymerization and curing processes proposed within the Thesis.
Die im Folgenden dargestellten wichtigsten Ergebnisse des Teilprojektes 5 "Mathematische Beschreibung der relevanten physikalischen Prozesse und numerische Simulation von Wasseraufbereitung und -verteilung" beziehen sich auf die Arbeitspakete 2 "Daten und Methoden zum Modellaufbau, zur Zustandsschätzung, Prognose und Bewertung" und 3 "Physikalische Modelle und Numerische Verfahren".
In vision tasks, a larger effective receptive field (ERF) is associated with better performance. While attention natively supports global context, convolution requires multiple stacked layers and a hierarchical structure for large context. In this work, we extend Hyena, a convolution-based attention replacement, from causal sequences to the non-causal two-dimensional image space. We scale the Hyena convolution kernels beyond the feature map size up to 191$\times$191 to maximize the ERF while maintaining sub-quadratic complexity in the number of pixels. We integrate our two-dimensional Hyena, HyenaPixel, and bidirectional Hyena into the MetaFormer framework. For image categorization, HyenaPixel and bidirectional Hyena achieve a competitive ImageNet-1k top-1 accuracy of 83.0% and 83.5%, respectively, while outperforming other large-kernel networks. Combining HyenaPixel with attention further increases accuracy to 83.6%. We attribute the success of attention to the lack of spatial bias in later stages and support this finding with bidirectional Hyena.
Medien spielen eine Schlüsselrolle für die öffentliche Meinung und Akzeptanz neuer Technologien. Mit einer qualitativen Inhaltsanalyse journalistischer Artikel zum Elektrofahrrad wurden Akteure und ihre Einstellungen und Handlungen in Bezug auf das Elektrofahrrad untersucht. In die Analyse flossen 444 Artikel ausgewählter deutscher Qualitätsmedien aus dem Jahr 2018 ein. Die Untersuchung zeigt den gesellschaftlich relevanten Diskurs über Elektrofahrräder auf und bietet Anknüpfungspunkte für die Förderung von Individualmobilität und der Entwicklung zukunftsfähiger Mobilitätskonzepte.
Die nationale Politik- und Forschungsstrategie Bioökonomie sieht eine Transformation der Wirtschaft vor, bei der die Verwendung fossiler Rohstoffe zunehmend durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe ersetzt wird. Der Einsatz biobasierter Kunststoffe soll dabei gefördert werden. Erste Analysen der Berichterstattung zu Biokunststoffen im Rahmen einer Pilotstudie ergaben, dass der Grundgedanke biologisch abbaubarer Kunststoffe breite Zustimmung im öffentlichen Diskurs erfährt. Abseits der soziopolitischen Diskursebene entwickelt sich jedoch eine medial geführte Diskussion um erhebliche Probleme mit den Stoffen in der Abfallwirtschaft. Die Gefahr besteht nun, dass diese Haltung verbreitet durch die Massenmedien auf die öffentliche Meinung abfärbt. Mangelnde öffentliche Akzeptanz könnte den Erfolg von innovativen Biokunststoff-Produkten gefährden.
Biomass in general, wood and grasses in particular represent attractive renewable sources for the fabrication of so-called building block chemicals (1). Thus, environmentally benign antimicrobial nanoparticles based on a silver-infused lignin core were recently reported underlying the high potential for valorization of lignin (2). The contribution presents specific correlations regarding the structural differences of lignins depending on both: source (wood vs. grass) and isolation procedure (Kraft vs. Organosolv). Special focus will be drawn on detailed structure deviations caused by Miscanthus genotypes (M. gigantheus, M. robustus, M. sisnensis).
Messkampagnen im Projekt METPVNET zur Verbesserung der PV- Erzeugungsprognose auf Verteilnetzebene
(2018)
Wo Laborexperimente zu aufwendig, zu teuer, zu langsam oder zu gefährlich oder Stoffeigenschaften gar nicht erst experimentell zugänglich sind, können Computersimulationen von Atomen und Molekülen diese ersetzen oder ergänzen. Sie ermöglichen dadurch Reduktion von Kosten, Entwicklungszeit und Materialeinsatz. Die für diese Simulationen benötigten Molekülmodelle beinhalten zahlreiche Parameter, die der Simulant einstellen oder auswählen muss. Eine passende Parametrierung ist nur bei entsprechenden Kenntnissen über die Auswirkungen der Parameter auf die zu berechnenden Größen und Eigenschaften möglich. Eine Gruppe von Standardparametern in molekularen Simulationen sind die Partialladungen der einzelnen Atome innerhalb eines Moleküls. Die räumliche Ladungsverteilung innerhalb des Moleküls wird durch Punktladungen auf den Atomzentren angenähert. Für diese Annäherung existieren diverse Ansätze für verschiedene Molekülklassen und Anwendungen. In diesem Teilprojekt des Promotionsvorhabens wurde systematisch der Einfluss der Wahl des Partialladungssatzes auf potentielle Energien und ausgewählte makroskopische Eigenschaften aus Molekulardynamik-Simulationen evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere bei stark polaren Molekülen die Auswahl des geeigneten Partialladungssatzes entscheidenden Einfluss auf die Simulationsergebnisse hat und daher nicht naiv, sondern nur ganz gezielt getroffen werden darf.
Energy Profiles of the Ring Puckering of Cyclopentane, Methylcyclopentane and Ethylcyclopentane
(2019)
The representation, or encoding, utilized in evolutionary algorithms has a substantial effect on their performance. Examination of the suitability of widely used representations for quality diversity optimization (QD) in robotic domains has yielded inconsistent results regarding the most appropriate encoding method. Given the domain-dependent nature of QD, additional evidence from other domains is necessary. This study compares the impact of several representations, including direct encoding, a dictionary-based representation, parametric encoding, compositional pattern producing networks, and cellular automata, on the generation of voxelized meshes in an architecture setting. The results reveal that some indirect encodings outperform direct encodings and can generate more diverse solution sets, especially when considering full phenotypic diversity. The paper introduces a multi-encoding QD approach that incorporates all evaluated representations in the same archive. Species of encodings compete on the basis of phenotypic features, leading to an approach that demonstrates similar performance to the best single-encoding QD approach. This is noteworthy, as it does not always require the contribution of the best-performing single encoding.