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Striated muscle contraction is regulated by the translocation of troponin-tropomyosin strands over the thin filament surface. Relaxation relies partly on highly-favorable, conformation-dependent electrostatic contacts between actin and tropomyosin, which position tropomyosin such that it impedes actomyosin associations. Impaired relaxation and hypercontractile properties are hallmarks of various muscle disorders. The α-cardiac actin M305L hypertrophic cardiomyopathy-causing mutation lies near residues that help confine tropomyosin to an inhibitory position along thin filaments. Here, we investigate M305L actin in vivo, in vitro, and in silico to resolve emergent pathological properties and disease mechanisms. Our data suggest the mutation reduces actin flexibility and distorts the actin-tropomyosin electrostatic energy landscape that, in muscle, result in aberrant contractile inhibition and excessive force. Thus, actin flexibility may be required to establish and maintain interfacial contacts with tropomyosin as well as facilitate its movement over distinct actin surface features and is, therefore, likely necessary for proper regulation of contraction.
Mendelian diseases of dysregulated canonical NF-κB signaling: From immunodeficiency to inflammation
(2020)
This dissertation presents a probabilistic state estimation framework for integrating data-driven machine learning models and a deformable facial shape model in order to estimate continuous-valued intensities of 22 different facial muscle movements, known as Action Units (AU), defined in the Facial Action Coding System (FACS). A practical approach is proposed and validated for integrating class-wise probability scores from machine learning models within a Gaussian state estimation framework. Furthermore, driven mass-spring-damper models are applied for modelling the dynamics of facial muscle movements. Both facial shape and appearance information are used for estimating AU intensities, making it a hybrid approach. Several features are designed and explored to help the probabilistic framework to deal with multiple challenges involved in automatic AU detection. The proposed AU intensity estimation method and its features are evaluated quantitatively and qualitatively using three different datasets containing either spontaneous or acted facial expressions with AU annotations. The proposed method produced temporally smoother estimates that facilitate a fine-grained analysis of facial expressions. It also performed reasonably well, even though it simultaneously estimates intensities of 22 AUs, some of which are subtle in expression or resemble each other closely. The estimated AU intensities tended to the lower range of values, and were often accompanied by a small delay in onset. This shows that the proposed method is conservative. In order to further improve performance, state-of-the-art machine learning approaches for AU detection could be integrated within the proposed probabilistic AU intensity estimation framework.
It is only a matter of time until autonomous vehicles become ubiquitous; however, human driving supervision will remain a necessity for decades. To assess the drive's ability to take control over the vehicle in critical scenarios, driver distractions can be monitored using wearable sensors or sensors that are embedded in the vehicle, such as video cameras. The types of driving distractions that can be sensed with various sensors is an open research question that this study attempts to answer. This study compared data from physiological sensors (palm electrodermal activity (pEDA), heart rate and breathing rate) and visual sensors (eye tracking, pupil diameter, nasal EDA (nEDA), emotional activation and facial action units (AUs)) for the detection of four types of distractions. The dataset was collected in a previous driving simulation study. The statistical tests showed that the most informative feature/modality for detecting driver distraction depends on the type of distraction, with emotional activation and AUs being the most promising. The experimental comparison of seven classical machine learning (ML) and seven end-to-end deep learning (DL) methods, which were evaluated on a separate test set of 10 subjects, showed that when classifying windows into distracted or not distracted, the highest F1-score of 79%; was realized by the extreme gradient boosting (XGB) classifier using 60-second windows of AUs as input. When classifying complete driving sessions, XGB's F1-score was 94%. The best-performing DL model was a spectro-temporal ResNet, which realized an F1-score of 75%; when classifying segments and an F1-score of 87%; when classifying complete driving sessions. Finally, this study identified and discussed problems, such as label jitter, scenario overfitting and unsatisfactory generalization performance, that may adversely affect related ML approaches.
Towards an Interaction-Centered and Dynamically Constructed Episodic Memory for Social Robots
(2020)
This study advances the research and methodological approach to measuring and understanding national-level destination competitiveness, sustainability and governance, by creating a model that could be of use for both developing and developed destinations. The study gives a detailed overview of the research field of measuring destination competitiveness and sustainability. It also identifies major predictors of destination competitiveness and sustainability and thereby presents destination researchers and practitioners with a useful list of priority areas, both from a global perspective and from the perspective of other similar destinations. Finally, the study identifies two major types of destination governance with implications for research, policy and practice across the destination life-cycle. The research deals with the analysis of the secondary data from the World Economic Forum Travel and Tourism Index (WEF T&T). Major types of destination governance and predictors of belonging to either one of the types, as well as inside cluster predictors have been extracted through a two-step cluster analysis. The results support the notion that a meaningful model of national-level destination governance needs to take into account different development levels of different destinations. The main limitation of the study is its typology creation approach, as it inevitably leads to simplifications.
Towards a conceptual framework for sustainable business models in the food and beverage industry
(2020)
Alkaline methanol oxidation is an important electrochemical process in the design of efficient fuel cells. Typically, a system of ordinary differential equations is used to model the kinetics of this process. The fitting of the parameters of the underlying mathematical model is performed on the basis of different types of experiments, characterizing the fuel cell. In this paper, we describe generic methods for creation of a mathematical model of electrochemical kinetics from a given reaction network, as well as for identification of parameters of this model. We also describe methods for model reduction, based on a combination of steady-state and dynamical descriptions of the process. The methods are tested on a range of experiments, including different concentrations of the reagents and different voltage range.
The general method of topological reduction for the network problems is presented on example of gas transport networks. The method is based on a contraction of series, parallel and tree-like subgraphs for the element equations of quadratic, power law and general monotone dependencies. The method allows to reduce significantly the complexity of the graph and to accelerate the solution procedure for stationary network problems. The method has been tested on a large set of realistic network scenarios. Possible extensions of the method have been described, including triangulated element equations, continuation of the equations at infinity, providing uniqueness of solution, a choice of Newtonian stabilizer for nearly degenerated systems. The method is applicable for various sectors in the field of energetics, including gas networks, water networks, electric networks, as well as for coupling of different sectors.
Chancengerechte Online-Lehre
(2020)
Computers can help us to trigger our intuition about how to solve a problem. But how does a computer take into account what a user wants and update these triggers? User preferences are hard to model as they are by nature vague, depend on the user’s background and are not always deterministic, changing depending on the context and process under which they were established. We pose that the process of preference discovery should be the object of interest in computer aided design or ideation. The process should be transparent, informative, interactive and intuitive. We formulate Hyper-Pref, a cyclic co-creative process between human and computer, which triggers the user’s intuition about what is possible and is updated according to what the user wants based on their decisions. We combine quality diversity algorithms, a divergent optimization method that can produce many, diverse solutions, with variational autoencoders to both model that diversity as well as the user’s preferences, discovering the preference hypervolume within large search spaces.
Dürrenmatt in der Schule
(2020)
Short summary
This dataset accompanies our paper
A. Mitrevski, P. G. Plöger, and G. Lakemeyer, "Representation and Experience-Based Learning of Explainable Models for Robot Action Execution," in Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2020.
Contents
There are three zip archives included, each of them a dump of a MongoDB database corresponding to one of the three experiments in the paper:
Grasping a drawer handle (handle_drawer_logs.zip)
Grasping a fridge handle (handle_fridge_logs.zip)
Pulling an object (pull_logs.zip)
All three experiments were performed with a Toyota HSR. Only the data necessary for learning the models used in our experiments are included here.
Usage
After unzipping the archives, each database can be restored with the command
mongorestore [directory_name]
This will create a MongoDB database with the name of the directory (handle_drawer_logs, handle_fridge_logs, and pull_logs).
Code for processing the data and model learning can be found in our <a href="https://github.com/alex-mitrevski/explainable-robot-execution-models">GitHub repository.
This dataset contains data from two measurement campaigns in autumn 2018 and summer 2019 that were part of the BMWi project "MetPVNet", and serve as a supplement to the paper "Dynamic model of photovoltaic module temperature as a function of atmospheric conditions", published in the special edition of "Advances in Science and Research", the proceedings of the 19th EMS Annual Meeting: European Conference for Applied Meteorology and Climatology 2019.
Data are resampled to one minute, and include:
PV module temperature
Ambient temperature
Plane-of-array irradiance
Windspeed
Atmospheric thermal emission
The data were used for the dynamic temperature model, as presented in the paper
Modern Monte-Carlo-based rendering systems still suffer from the computational complexity involved in the generation of noise-free images, making it challenging to synthesize interactive previews. We present a framework suited for rendering such previews of static scenes using a caching technique that builds upon a linkless octree. Our approach allows for memory-efficient storage and constant-time lookup to cache diffuse illumination at multiple hitpoints along the traced paths. Non-diffuse surfaces are dealt with in a hybrid way in order to reconstruct view-dependent illumination while maintaining interactive frame rates. By evaluating the visual fidelity against ground truth sequences and by benchmarking, we show that our approach compares well to low-noise path traced results, but with a greatly reduced computational complexity allowing for interactive frame rates. This way, our caching technique provides a useful tool for global illumination previews and multi-view rendering.
Kollaborative Industrieroboter werden für produzierende Unternehmen immer kosteneffizienter. Während diese Systeme für den menschlichen Mitarbeiter eine große Hilfe sein können, stellen sie gleichzeitig ein ernstes Gesundheitsrisiko dar, wenn die zwingend notwendigen Sicherheitsmaßnahmen nur unzureichend umgesetzt werden. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie Zäune oder Lichtvorhänge bieten einen guten Schutz, aber solch statische Schutzvorrichtungen sind in neuen, hochdynamischen Arbeitsszenarien problematisch.
Im Forschungsprojekt BeyondSPAI wurde ein Funktionsmuster eines Multisensorsystems zur Absicherung solcher dynamischer Arbeitsszenarien entworfen, implementiert und im Feld getestet. Kern des Systems ist eine robuste optische Materialklassifikation, die mit Hilfe eines intelligenten InGaAs-Kamerasystems Haut von anderen typischen Werkstückoberflächen (z.B. Holz, Metalle od. Kunststoffe) unterscheiden kann. Diese einzigartige Eigenschaft wird genutzt, um menschliche Mitarbeiter zuverlässig zu erkennen, so dass ein konventioneller Roboter in Folge als personenbewusster Cobot arbeiten kann.
Das System ist modular und kann leicht mit weiteren Sensoren verschiedenster Art erweitert werden. Es kann an verschiedene Marken von Industrierobotern angepasst werden und lässt sich schnell an bestehenden Robotersystemen integrieren. Die vier vom System bereitgestellten Sicherheitsausgänge können dazu verwendet werden - abhängig von der durchdrungenen Überwachungszone - entweder eine Warnung auszugeben, die Bewegung des Roboters auf eine sichere Geschwindigkeit zu verlangsamen, oder den Roboter sicher anzuhalten. Sobald alle Zonen wieder als „eindeutig frei von Personen“ identifiziert sind, kann der Roboter wieder beschleunigen, seine ursprüngliche Bewegung wiederaufnehmen und die Arbeit fortsetzen.
Who do you trust: Peers or Technology? A conjoint analysis about computational reputation mechanisms
(2020)
Peer-to-peer sharing platforms are taking over an increasingly important role in the platform economy due to their sustainable business model. By sharing private goods and services, the challenge arises to build trust between peers online mostly without any kind of physical presence. Peer rating has been proven as an important mechanism. In this paper, we explore the concept called Trust Score, a computational rating mechanism adopted from car telematics, which can play a similar role in carsharing. For this purpose, we conducted a conjoint analysis where 77 car owners chose between fictitious user profiles. Our results show that in our experiment the telemetric-based score slightly outperforms the peer rating in the decision process, while the participants perceived the peer rating more helpful in retrospect. Further, we discuss potential benefits with regard to existing shortcomings of user rating, but also various concerns that should be considered in concepts like telemetric-based reputation mechanism that supplements existing trust factors such as user ratings.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines TOC-Gehalts in einer wässrigen Lösung, die folgendes aufweist:- zumindest eine Ozonquelle (8) zur Erzeugung von Ozon in der wässrigen Lösung;- zumindest eine Strahlungsquelle (9) zur Bestrahlung der wässrigen Lösung mit UV-Strahlung;- eine Einrichtung (15) zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der ozonierten und bestrahlten wässrigen Lösung.
The ongoing digitisation in everyday working life means that ever larger amounts of personal data of employees are processed by their employers. This development is particularly problematic with regard to employee data protection and the right to informational self-determination. We strive for the use of company Privacy Dashboards as a means to compensate for missing transparency and control. For conceptual design we use among other things the method of mental models. We present the methodology and first results of our research. We highlight the opportunities that such an approach offers for the user-centred development of Privacy Dashboards.
Studi ini bertujuan untuk memvalidasi perangkat penilaian efikasi diri yang berkaitan dengan kesehatan kerja yang dikembangkan pada tahap studi pendahuluan. Skala Efikasi Diri untuk Kesehatan Kerja (SEDKK) berlandaskan konsep efikasi diri pada teori kognitif sosial yang mengukur empat faktor yang berpengaruh pada kesehatan setiap individu yang bekerja, seperti: perilaku makan dan minum, tidur, keamanan dan kesehatan kerja, serta kegiatan pemulihan dari stres bekerja. Hasil analisis faktor eksploratori menunjukan bahwa ada empat faktor yang terefleksikan dari butir-butir SEDKK. Validitas konstruk SEDKK dapat dibuktikan dengan korelasi positif antara SEDKK dan skala Efikasi Diri Umum yang sangat signifikan. Pengujian validitas kriteria dapat ditelusuri melalui efek SEDKK terhadap kondisi kesehatan umum, kepuasan akan kesehatan pribadi, keseimbangan kehidupan kerja/KKK (work life balance), perilaku sehat, dan perilaku berisiko. Namun demikian, asumsi mengenai reliabilitas tes berulang (test-retest) pada penelitian ini ditolak. Implikasi dan saran-saran untuk penelitian selanjutnya didiskusikan pada artikel ini.
Privatheit am Arbeitsplatz
(2020)
Listen to Developers! A Participatory Design Study on Security Warnings for Cryptographic APIs
(2020)
Digital Business
(2020)
Digital Business behandelt die Besonderheiten digitaler Geschäftsmodelle, den Umgang mit Daten, erläutert die Funktionsweise digitaler Märkte und deren Auswirkungen auf Servicefunktionen wie HR, Kommunikation, Finanzierung und Marketing. Zudem werden wesentliche Erfolgsfaktoren wie agiles Management und Customer Experience behandelt. Insgesamt haben 30 Experten mit ihrem spezifischem Know How an der Erstellung des praxisorientierten Litello-eBook mitgearbeitet, dass sich auch gut als Basis für einschlägige Lehrveranstaltung anbietet.
Carbon capture and storage
(2020)
This Special Report explores the most recent regulatory, political and economic trends and themes arising from CCS technologies and projects to help the reader succeed in this rapidly changing market.
Kommentierung zu §§ 60-65
(2020)
Der Globale Migrationspakt der Vereinten Nationen beschreibt globale Kompetenzpartnerschaften bzw. Global Skills Partnerships (GSP) als eine innovative Möglichkeit, die Fachkräftebasis global zu stärken, bleibt hinsichtlich ihrer Ausgestaltung aber recht vage. Auch die hierzulande unter der Bezeichnung „transnationale Ausbildungspartnerschaften“ laufenden Aktivitäten sind in Zahl und Reichweite sehr begrenzt und es liegen bisweilen kaum empirische Analysen zu ihnen vor. Hier schafft die vorliegende Expertise von Michael Sauer und Jurica Volarevic Abhilfe, indem sie existierende Ausbildungspartnerschaften insbesondere aus dem Erfahrungsraum der Republik Kosovo vorstellt und analytisch beleuchtet. Mithilfe einer Bestandsaufnahme der konzeptionellen Diskurse und Praxiserfahrungen wird ein Kategorisierungsvorschlag unternommen, mit dessen Hilfe die empirische Vielfalt besser geordnet und konzeptionell greifbar gemacht werden kann: Transnationale Qualifizierungs- und Mobilitätspartnerschaften (tQMP).
This article explores the opportunities, challenges, as well as the activities of the Chinese governmental and commercial stakeholders to promote cross-border e-commerce trade between China and Africa, based on the classification and correlation analysis of the literature from 2011 to 2019. The results show that the biggest driver for the development of China-Africa cross-border e-commerce trade is the gap between the rapid growth of the African population, especially the middle class, and the limited local capability to satisfy their demand. The rapid development of the internet and mobile internet is another driving factor. The biggest challenge is the last mile delivery of logistics, and online payment issues in Africa. At the macro-level the Chinese government has promoted measures such as infrastructure investment, e-commerce test zones and the establishment of pilot projects. At the firm level, Chinese companies have focused on solving practical micro-level local operational problems such as logistics, online payment, and talent training. The results also show that the referred literature is still in its infancy, mostly theoretical and less practical, and requires more in-depth domain specific analysis in the future.
Medien der Avantgarde
(2020)
Am Beispiel einer jahrelang in Präsenz gelehrten Veranstaltung mit Vorlesungen, Übungen und Laborpraktika wird gezeigt, wie die Vermittlung prüfungsrelevanter Kompetenzen auch „online“ gelang. Das passende „Setting“ des Lehr- und Lernprozesses unter Beachtung von Handlungsempfehlungen ist auch für die Zukunft relevant.
Eco-InfoVis at Work
(2020)
With the digital transformation, software systems have become an integral part of our society and economy. In every part of our life, software systems are increasingly utilized to, e.g., simplify housework or to optimize business processes. All these applications are connected to the Internet, which already includes millions of software services consumed by billions of people. Applications which process such a magnitude of users and data traffic requires to be highly scalable and are therefore denoted as Ultra Large Scale (ULS) systems. Roy Fielding has defined one of the first approaches which allows designing modern ULS software systems. In his doctoral thesis, Fielding introduced the architectural style Representational State Transfer (REST) which builds the theoretical foundation of the web. At present, the web is considered as the world's largest ULS system. Due to a large number of users and the significance of software for society and the economy, the security of ULS systems is another crucial quality factor besides high scalability.
Validierung einer Web-Applikation zum Fern-Monitoring von Belastungs- und Erholungsparametern
(2020)
Simultan zur agilen Entwicklung einer Web-Applikation, die Parameter der Belastungs- und Beanspruchungssteuerung erfasst, wurden die implementierten Belastungs- und Erholungs-parameter an freiwilligen Testern/innen in der Praxis überprüft. Um sowohl die Applikation als auch die z.T. selbst entwickelten Kenngrößen auf ihre externe Validität hin zu bewerten, werden diese regressionsanalytisch bearbeitet.
Due to the use of fossil fuel resources, many environmental problems have been increasingly growing. Thus, the recent research focuses on the use of environment friendly materials from sustainable feedstocks for future fuels, chemicals, fibers and polymers. Lignocellulosic biomass has become the raw material of choice for these new materials. Recently, the research has focused on using lignin as a substitute material in many industrial applications. The antiradical and antimicrobial activity of lignin and lignin-based films are both of great interest for applications such as food packaging additives. DPPH assay was used to determine the antioxidant activity of Kraft lignin compared to Organosolv lignins from different biomasses. The purification procedure of Kraft lignin showed that double-fold selective extraction is the most efficient confirmed by UV-Vis, FTIR, HSQC, 31PNMR, SEC, and XRD. The antioxidant capacity was discussed regarding the biomass source, pulping process, and degree of purification. Lignin obtained from industrial black liquor are compared with beech wood samples: Biomass source influences the DPPH inhibition (softwood > grass) and the TPC (softwood < grass). DPPH inhibition affected by the polarity of the extraction solvent. Following the trend: ethanol > diethylether > acetone. Reduced polydispersity has positive influence on the DPPH inhibition. Storage decreased the DPPH inhibition but increased the TPC values. The DPPH assay was also used to discuss the antiradical activity of HPMC/lignin and HPMC/lignin/chitosan films. In both binary (HPMC/lignin) and ternary (HPMC/lignin/chitosan) systems the 5% addition showed the highest activity and the highest addition had the lowest. Both scavenging activity and antimicrobial activity are dependent on the biomass source; Organosolv of softwood > Kraft of softwood > Organosolv of grass. Lignins and lignin-containing films showed high antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria at 35 °C and at low temperatures (0-7 °C). Purification of Kraft lignin has a negative effect on the antimicrobial activity while storage has positive effect. The lignin leaching in the produced films affected the activity positively and the chitosan addition enhances the activity for both Gram-positive and Gram-negative bacteria. Testing the films against food spoilage bacteria that grow at low temperatures revealed the activity of the 30% addition on HPMC/L1 film against both B. thermosphacta and P. fluorescens while L5 was active only against B. thermosphacta. In HPMC/lignin/chitosan films, the 5% addition exhibited activity against both food spoilage bacteria.
Bei untypischen Verhaltensweisen am Unfalltag ist allein aus dem objektiven Zurücklegen des Heimweges kein zweifelsfreier Rückschluss auf die erforderliche subjektive Handlungstendenz möglich. Den Zweifeln an einer den Versicherungsschutz rechtfertigenden Handlungstendenz kann im Falle eines untypischen Verlaufs nicht mit einer Beweiserleichterung begegnet werden.
Kommunikation gilt nicht ohne Grund als die Königsdisziplin im BGM. Hier gilt es, Mitarbeiter in einem ersten Schritt für das Thema Gesundheit zu sensibilisieren und mit relevanten Materialien zu informieren, um sie letztendlich zur Teilnahme an Gesundheitsangeboten zu motivieren. Diese drei Schritte empfehlen sich ebenfalls für die Kommunikation in digitalen Zeiten. Gesundheitsplattformen und/oder Gesundheits-Apps können die Kommunikation unterstützen. Das richtige Maß an Kommunikation stellt eine weitere Herausforderung in digitalen Zeiten dar, da Informationen in der Flut an E-Mails durchaus untergehen können. Eine Kombination aus Push- und Pull-Kommunikation hat sich hierbei bewährt, um bei Mitarbeitern das nötige Interesse für Gesundheit anzustoßen, damit diese dann eigenständig aus bestehenden Angeboten (Informationen, Kurse usw.) wählen.
Describing the elephant: a foundational model of human needs, motivation, behaviour, and wellbeing
(2020)
Models of basic psychological needs have been present and popular in the academic and lay literature for more than a century yet reviews of needs models show an astonishing lack of consensus. This raises the question of what basic human psychological needs are and if this can be consolidated into a model or framework that can align previous research and empirical study. The authors argue that the lack of consensus arises from researchers describing parts of the proverbial elephant correctly but failing to describe the full elephant. Through redefining what human needs are and matching this to an evolutionary framework we can see broad consensus across needs models and neatly slot constructs and psychological and behavioural theories into this framework. This enables a descriptive model of drives, motives, and well-being that can be simply outlined but refined enough to do justice to the complexities of human behaviour. This also raises some issues of how subjective well-being is and should be measured. Further avenues of research and how to continue building this model and framework are proposed.
Im Projekt wurden die Nachhaltigkeitspotentiale partizipativer landwirtschaftlicher Produktionskonzepte exemplarisch untersucht und der Versuch gemacht, deren Zufriedenheitspotential für Erzeuger und Bürger zu erfassen. Die landwirtschaftlichen Betriebe konnten dabei auf der Grundlage der Leitlinien der Sustainability Assessment of Food and Agriculture (SAFA) in den Dimensionen gute Unternehmensführung, ökologische Integrität, ökonomische Resilienz und soziales Wohlergehen bewertet werden. Die einzelnen Ergebnisse sind nach Dimensionen und korrespondierenden Indikatoren in diesem Working Paper beschrieben. Zudem konnten Handlungsempfehlungen auch dazu erarbeitet werden, wie Untersuchungen anhand der SAFA-Leitlinien erfolgreich durchgeführt werden können.
Open Innovation
(2020)
Autonomous driving enables new mobility concepts such as shared-autonomous services. Although significant re-search has been done on passenger-car interaction, work on passenger interaction with robo-taxis is still rare. In this paper, we tackle the question of how passengers experience robo-taxis as a service in real-life settings to inform the interaction design. We conducted a Wizard of Oz study with an electric vehicle where the driver was hidden from the passenger to simulate the service experience of a robo-taxi. 10 participants had the opportunity to use the simulated shared-autonomous service in real-life situations for one week. By the week's end, 33 rides were completed and recorded on video. Also, we flanked the study conducting interviews before and after with all participants. The findings provided insights into four design themes that could inform the service design of robo-taxis along the different stages including hailing, pick-up, travel, and drop-off.
For a sustainable development the electricity sector needs to be decarbonized. In 2017 only 54% of the West African households had access to the electrical grid. Thus, renewable sources should play a major role for the development of the power sector in West Africa. Above all, solar power shows highest potential of renewable energy sources. However, it is highly variable, depending on the atmospheric conditions. This study addresses the challenges for a solar based power system in West Africa by analyzing the atmospheric variability of solar power. For this purpose, two aspects are investigated. In the first part, the daily power reduction due to atmospheric aerosols is quantified for different solar power technologies. Meteorological data at six ground-based stations is used to model photovoltaic and parabolic trough power during all mostly clear-sky days in 2006. A radiative transfer model is combined with solar power model. The results show, that the reduction due to aerosols can be up to 79% for photovoltaic and up to 100% for parabolic trough power plants during a major dust outbreak. Frequent dust outbreaks occurring in West Africa would cause frequent blackouts if sufficient storage capacities are not available. On average, aerosols reduce the daily power yields by 13% to 22% for photovoltaic and by 22% to 37% for parabolic troughs. For the second part, long-term atmospheric variability and trends of solar irradiance are analyzed and their impact on photovoltaic yields is examined for West Africa. Based on a 35-year satellite data record (1983 - 2017) the temporal and spatial variability and general trend are depicted for global and direct horizontal irradiances. Furthermore, photovoltaic yields are calculated on a daily basis. They show a strong meridional gradient with highest values of 5 kWh/kWp in the Sahara and Sahel zone and lowest values in southern West Africa (around 4 kWh/kWp). Thereby, the temporal variability is highest in southern West Africa (up to around 18%) and lowest in the Sahara (around 4.5%). This implies the need of a North-South grid development, to feed the increasing demand on the highly populated coast by solar power from the northern parts of West Africa. Additionally, global irradiances show a long-term positive trend (up to +5 W/m²/decade) in the Sahara and a negative trend (up to -5 W/m²/decade) in southern West Africa. If this trend is continuing, the spatial differences in solar power potential will increase in the future. This thesis provides a better understanding of the impact of atmospheric variability on solar power in a challenging environment like West Africa, characterized by the strong influence of the African monsoon. Thereby, the importance of aerosols is pointed out. Furthermore, long-term changes of irradiance are characterized concerning their implications for photovoltaic power.
Bedingt durch die zunehmende Rohstoffknappheit rückt die Suche nach alternativen, nachhaltigen Rohstoffen immer mehr in den Vordergrund. Im Hinblick auf effiziente chemische Verwertbarkeit bietet Lignin zahlreiche Vorteile für verschiedene Anwendungsbereiche, beispielsweise für biobasierte Polyurethanbeschichtungen, etwa zum Korrosionsschutz. Wesentliche Probleme bei der Verwendung von Lignin ergeben sich durch die Heterogenität dieses Naturstoffes sowie durch dessen geringe Polymerisations-Kompatibilität mit Polyolefinen; beide Faktoren beeinflussen u. a die mechanischen Eigenschaften entsprechender Lignin-basierter Polymere. Zudem hängt die konkrete Struktur und damit auch die physikalisch/chemischen Eigenschaften des Lignins stark von der jeweiligen Rohstoffquelle sowie dem Extraktionsverfahren ab.
Ziel dieser Arbeit war die Strukturaufklärung unmodifizierter und modifizierter Kraft-Lignine (KL) und die Untersuchung der Reaktivität aromatischer wie aliphatischer Hydroxygruppen in Abhängigkeit vom pH-Wert. Hierzu wurden unmodifizierte KL aus Schwarzlauge extrahiert und nachfolgend zunächst einer Soxhlet-Extraktion unterzogen, um in Methyltetrahydrofuran lösliche Lignin-Bestandteile – vornehmlich mit aromatischem Charakter – zu gewinnen und so eine verbesserte Löslichkeit auch im bei der nachfolgenden Polyurethansynthese als Lösemittel verwendeten THF zu gewährleisten. Überdies wurden die extrahierten KL via Demethylierung von Methoxygruppen chemisch modifiziert. Zudem wurde mittels nasschemischer Methoden sowie mit differentieller UV/VIS-Spektroskopie die Anzahl an für die Polymerisation erforderliche Hydroxygruppen quantifiziert. Im Anschluss erfolgte, unter besonderer Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Nachhaltigkeitsaspekte, die Synthese Lignin-basierter und funktionalisierter Polyurethanbeschichtungen. Die Oberflächenfunktionalisierung gestattete die Verbesserung der Oberflächenhomogenität sowie - via blend formation - das Einbetten von TPM-Farbstoffen in die Coatings. Hinsichtlich des Einflusses des bei der Extraktion gewählten pH-Wertes (pH = 2 - 5) auf das Verhalten der so gewonnenen KL wurde eine Veränderung sowohl der Struktur der Lignine als auch deren thermischer Stabilität beobachtet. Zudem wurde nachgewiesen, dass mit steigendem pH-Wert die Funktionalität/Reaktivität der aromatischen wie aliphatischen Hydroxygruppen im Lignin zunimmt. Aus unmodifiziertem KL wurden erfolgreich homogene Lignin-basierte Polyurethan-Coatings (LPU-Coatings) synthetisiert; diese LPU-Coatings zeigten bei Verwendung von bei höheren pH-Werten extrahierten KL homogenere, hydrophobe Oberflächenbeschaffenheit sowie gute thermische Stabilität. Zusätzliche Modifizierung der KL durch Demethylierung führte wegen der gesteigerten Anzahl freier Hydroxygruppen zu moderater Reaktivitätssteigerung und damit zu weiterer Verbesserung der Oberflächeneigenschaften hinsichtlich einer homogenen Oberflächenstruktur und -brillanz. Im Hinblick auf den Aspekt der Nachhaltigkeit wurden durch Syntheseoptimierung - bestehend aus Einstellung der Rohstoff-Korngröße, Ultraschallbehandlung und Verwendung des kommerziellen trifunktionellen Polyetherpolyols Lupranol® 3300 in Kombination mit Desmodur® L75 - die Löslichkeit von Lignin im Polyol sowie die thermische Stabilität der LPU-Coatings erhöht. Im Zuge der Syntheseoptimierungen konnte durch verkürzte Trocknungszeiten Energieeinsparung erzielt werden; zudem ließen sich dabei die eingesetzten Mengen kommerziell erhältlicher Chemikalien verringern; beide Einsparungen führten zu Kostenreduktion. Zugleich ließ sich so nicht nur der KL-Anteil im Polymer-Coating erhöhen: Durch eine optimierte wirtschaftliche Einstufensynthese ließ sich die Umsetzung dieser Vorgehensweise auch im Rahmen industrieller Anwendungen vereinfachen. Das Einbetten ausgewählter TPM-Farbstoffe (Kristallviolett und Brilliantgrün) in die LPU-Coatings durch blend formation führte nachweislich zu antimikrobieller Wirkung der Oberflächenbeschichtung, ohne dass die Oberflächenbeschaffenheit an Homogenität verlor. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten LPU-Coatings könnten zukünftig als Korrosionsschutz- und antimikrobielle-Beschichtungen ihre Anwendung finden, z. B. in der Landwirtschaft und im Bausektor.
Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit gewonnen Erkenntnisse liefern einen Beitrag zur strukturellen Aufklärung des komplexen Biopolymers Lignin. Darüber hinaus stellen die Untersuchungen und Ergebnisse eine Grundlage für eine nachhaltige Herstellung von Lignin-basierten Polymerbeschichtungen dar, die in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen werden.
Turbulent compressible flows are traditionally simulated using explicit Eulerian time integration applied to the Navier-Stokes equations. However, the associated Courant-Friedrichs-Lewy condition severely restricts the maximum time step size. Exploiting the Lagrangian nature of the Boltzmann equation's material derivative, we now introduce a feasible three-dimensional semi-Lagrangian lattice Boltzmann method (SLLBM), which elegantly circumvents this restriction. Previous lattice Boltzmann methods for compressible flows were mostly restricted to two dimensions due to the enormous number of discrete velocities needed in three dimensions. In contrast, this Rapid Communication demonstrates how cubature rules enhance the SLLBM to yield a three-dimensional velocity set with only 45 discrete velocities. Based on simulations of a compressible Taylor-Green vortex we show that the new method accurately captures shocks or shocklets as well as turbulence in 3D without utilizing additional filtering or stabilizing techniques, even when the time step sizes are up to two orders of magnitude larger compared to simulations in the literature. Our new method therefore enables researchers for the first time to study compressible turbulent flows by a fully explicit scheme, whose range of admissible time step sizes is only dictated by physics, while being decoupled from the spatial discretization.
4GREAT is an extension of the German Receiver for Astronomy at Terahertz frequencies (GREAT) operated aboard the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA). The spectrometer comprises four different detector bands and their associated subsystems for simultaneous and fully independent science operation. All detector beams are co-aligned on the sky. The frequency bands of 4GREAT cover 491-635, 890-1090, 1240-1525 and 2490-2590 GHz, respectively. This paper presents the design and characterization of the instrument, and its in-flight performance. 4GREAT saw first light in June 2018, and has been offered to the interested SOFIA communities starting with observing cycle 6.
Zur Beschreibung der Prävalenzen des für Deutschland relevanten Glücks- und Gewinnspiels finanziert der Bund u. a. den Forschungsbericht der Bundeszentrale für gesundheitliche Aufklärung (BZgA) „Glücksspielverhalten und Glücksspielsucht in Deutschland“, der alle zwei Jahre veröffentlicht wird.(1) Die BZgA ist eine Fachbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Gesundheit (BMG). Zudem fördert das BMG aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages den vom IFT Institut für Therapieforschung (IFT), eine gemeinnützige Gesellschaft mit beschränkter Haftung (gGmbH), jährlich herausgegebenen Jahresbericht der Deutschen Suchthilfestatistik (DSHS)(2) mit dem Titel Suchthilfe in Deutschland.3 Die dort veröffentlichten Ergebnisse fassen jeweils die aktuellen Ergebnisse der DSHS zusammen.
Fundamental hydrogen storage properties of TiFe-alloy with partial substitution of Fe by Ti and Mn
(2020)
TiFe intermetallic compound has been extensively studied, owing to its low cost, good volumetric hydrogen density, and easy tailoring of hydrogenation thermodynamics by elemental substitution. All these positive aspects make this material promising for large-scale applications of solid-state hydrogen storage. On the other hand, activation and kinetic issues should be amended and the role of elemental substitution should be further understood. This work investigates the thermodynamic changes induced by the variation of Ti content along the homogeneity range of the TiFe phase (Ti:Fe ratio from 1:1 to 1:0.9) and of the substitution of Mn for Fe between 0 and 5 at.%. In all considered alloys, the major phase is TiFe-type together with minor amounts of TiFe2 or \b{eta}-Ti-type and Ti4Fe2O-type at the Ti-poor and rich side of the TiFe phase domain, respectively. Thermodynamic data agree with the available literature but offer here a comprehensive picture of hydrogenation properties over an extended Ti and Mn compositional range. Moreover, it is demonstrated that Ti-rich alloys display enhanced storage capacities, as long as a limited amount of \b{eta}-Ti is formed. Both Mn and Ti substitutions increase the cell parameter by possibly substituting Fe, lowering the plateau pressures and decreasing the hysteresis of the isotherms. A full picture of the dependence of hydrogen storage properties as a function of the composition will be discussed, together with some observed correlations.
Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde eine praxisorientierte Methode entwickelt, die es ermöglicht, Bodenproben nach ihrer Entnahme auf dem Feld aufzubereiten und hinsichtlich ihres Mikroplastikgehaltes analysieren zu können. Die Extraktionsmethode wurde bereits für zwei Polymere, PA 12 und PE (Mulchfolienpartikel), mit Wiederfindungsraten von je 100 % für Partikel größer als 0,5 mm validiert. Für Partikel größer als 63 μm liegt die Wiederfindungsrate für PE-Mulchfolienpartikel bei 97 % beziehungs-weise für PA-Partikel bei 86 %. Weiterhin wurden verschiedene spektroskopische Detektions-methoden untersucht und hinsichtlich ihrer Potentiale und Grenzen miteinander verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die Digitalmikroskopie zwar sehr gut geeignet ist, die Farbe, Größe, Form und Anzahl der Partikel zu bestimmen, jedoch stark von der subjektiven Einschätzung abhängig ist. Sie sollte daher in jedem Fall mit einer weiteren Detektionsmethode kombiniert werden. In dieser Arbeit wurde hierzu die ATR-FTIR-Spektroskopie verwendet. Diese ermöglicht zusätzlich die Bestimmung des Polymertyps einzelner Partikel mit einer unteren Nachweisgrenze von 500 μm. Die Methode konnte auf insgesamt fünf landwirtschaftlich genutzten Flächen angewendet werden, wovon zwei konventionell und drei ökologisch bewirtschaftet werden. Um einen ersten Eindruck über die aktuelle Mikroplastik-Belastung von Agrarböden zu erhalten, wurden die mit Hilfe der in dieser Forschungsarbeit entwickelten Methode erhaltenen Ergebnisse extrapoliert und als Emissionskoeffizienten in verschiedenen Einheiten angegeben.
Der Beitrag untersucht, wie ein Präsenzlabor durch ein Remote-Labor ergänzt undersetzt werden kann. Dazu wird das Laborpraktikum Digitaltechnik der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg betrachtet, bei dem ein Remote-Labor Flexibilität bei der Versuchsdurchführung bietet und Versuche ermöglicht, die allein mit dem Präsenzlabor nicht möglich wären. Neben der Ergänzung der Präsenzversuche können Studie-rende das Praktikum auch komplett im Remote-Labor durchführen. Durch klare Anforderungen an die Erteilung eines Testats ist dies sowohl für sie als auch für Lehrende praktikabel zu handhaben. Rückmeldungen der Studierenden und Nutzungszahlen belegen die Akzeptanz des Remote-Labors. Dabei zeigt sich, dass die Studierenden sehr heterogen mit dem Remote-Labor umgehen: Einige von ihnen nutzen das Remote-Labor als zusätzliche Praktikumszeit für Versuche die auch im Präsenzlabor möglich wären; andere nutzen es als Erweiterung der Praktikumsmöglichkeit für Versuche, die nur im Remote-Labor möglich sind und wieder andere arbeiten intensiv im Remote-Labor und reichen auch das Praktikumsprotokoll elektronisch ein. Für Lehrende besteht über das Protokoll und die Auswertung der Nutzungsdaten ausreichende Sicherheit, um aktive Beteiligung am Praktikum zu testieren.
Among the celestial bodies in the Solar System, Mars currently represents the main target for the search for life beyond Earth. However, its surface is constantly exposed to high doses of cosmic rays (CRs) that may pose a threat to any biological system. For this reason, investigations into the limits of resistance of life to space relevant radiation is fundamental to speculate on the chance of finding extraterrestrial organisms on Mars. In the present work, as part of the STARLIFE project, the responses of dried colonies of the black fungus Cryomyces antarcticus Culture Collection of Fungi from Extreme Environments (CCFEE) 515 to the exposure to accelerated iron (LET: 200 keV/μm) ions, which mimic part of CRs spectrum, were investigated. Samples were exposed to the iron ions up to 1000 Gy in the presence of Martian regolith analogues. Our results showed an extraordinary resistance of the fungus in terms of survival, recovery of metabolic activity and DNA integrity. These experiments give new insights into the survival probability of possible terrestrial-like life forms on the present or past Martian surface and shallow subsurface environments.
Die Internationalisierung von Hochschulen muss mit passenden Angeboten für internationale Studierende einhergehen. Ein systemisches und kultursensitives Peer-Coaching kann internationale Studierende unterstützen, sich zu orientieren, zu integrieren und berufliche Ziele zu verwirklichen. Gleichzeitig entwickeln die zu Peer-Coaches ausgebildeten Studierenden Sensibilität für Diversität. Insgesamt wird ein kultursensitives Miteinander an der Hochschule gefördert.