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The design of an efficient digital circuit in term of low-power has become a very challenging issue. For this reason, low-power digital circuit design is a topic addressed in electrical and computer engineering curricula, but it also requires practical experiments in a laboratory. This PhD research investigates a novel approach, the low-power design laboratory system by developing a new technical and pedagogical system. The low-power design laboratory system is composed of two types of laboratories: the on-site (hands-on) laboratory and the remote laboratory. It has been developed at the Bonn-Rhine-Sieg University of Applied Sciences to teach low-power techniques in the laboratory. Additionally, this thesis contributes a suggestion on how the learning objectives can be complemented by developing a remote system in order to improve the teaching process of the low-power digital circuit design. This laboratory system enables online experiments that can be performed using physical instruments and obtaining real data via the internet. The laboratory experiments use a Field Programmable Gate Array (FPGA) as a design platform for circuit implementation by students and use image processing as an application for teaching low-power techniques.
This thesis presents the instructions for the low-power design experiments which use a top-down hierarchical design methodology. The engineering student designs his/her algorithm with a high level of abstraction and the experimental results are obtained and measured at a low level (hardware) so that more information is available to correctly estimate the power dissipation such as specification, latency, thermal effect, and technology used. Power dissipation of the digital system is influenced by specification, design, technology used, as well as operating temperature. Digital circuit designers can observe the most influential factors in power dissipation during the laboratory exercises in the on-site system and then use the remote system to supplement investigating the other factors. Furthermore, the remote system has obvious benefits such as developing learning outcomes, facilitating new teaching methods, reducing costs and maintenance, cost-saving by reducing the numbers of instructors, saving instructor time and simplifying their tasks, facilitating equipment sharing, improving reliability, and finally providing flexibility of usage the laboratories.
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.
In der vorliegenden Arbeit werden Verfahren vorgestellt, die geeignet sind, Modelle des menschlichen kardiovaskulären Systems an individuelle Kreislaufreaktionen anzupassen. Allgemeine Kreislaufmodelle des menschlichen kardiovaskulären Systems sind in der Regel nichtlineare Differentialgleichungssysteme, für die es keine effizienten Optimierungsverfahren gibt. Durch die Einschränkung auf relevante Aspekte (bzgl. der Individualisierungsaufgabe) wird ein solches Modell auf Modelle einfacherer Struktur projiziert, die eine Approximation durch Funktionsapproximatoren erlauben, für welche wiederum effiziente Optimierungsalgorithmen existieren. In Abhängigkeit von der Struktur der Individualisierungsaufgabe kommt zusätzlich ein modifiziertes BFGS-Verfahren zum Einsatz, das Approximationen solcher Modellaspekte verwendet um die Konvergenz der Modellindividualisierung zu verbessern.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Effizienz der Seitenkanal-Kryptanalyse. In Teil II dieser Arbeit demonstrieren wir, wie die Laufzeit der wichtigsten Analysewerkzeuge mit Hilfe der CUDA Plattform erheblich gesteigert werden kann. Zweitens untersuchen wir neue Ansätze der profilierenden Seitenkanal-Kryptanalyse. Der Forschungszweig des maschinellen Lernens kann für deutliche Verbesserungen adaptiert werden, wurde jedoch wenig dahingehend untersucht. In Teil III dieser Arbeit präsentieren wir zwei neue Methoden, die einige Gemeinsamkeiten jedoch auch einige Unterschiede aufbieten, sodass sich Prüfergebnisse in einem vollständigeren Bild zeigen lassen. Darüber hinaus schlagen wir in Teil IV eine Seitenkanalanwendung zum Schutz geistigen Eigentums (IP) vor. In Teil V beschäftigen wir uns tiefergehend mit praktischer Seitenkanal-Kryptanalyse, indem wir Attacken auf einen Sicherheitsmikrokontroller durchführen, der Anwendung in einer, in Deutschland weit verbreiteten, EC Karte findet.
Die Beziehungen zwischen der EU und der Türkei sind seit vielen Jahren von wachsender Entfremdung gekennzeichnet. Zur Ursachenforschung wird zumeist auf die demokratischen Rückschritte der Türkei hingewiesen – dabei wird übersehen, dass das Verhältnis von wechselseitigen Irritationen geprägt ist, die zu tiefen Brüchen führten. Der Autor analysiert die Ursachen und Ausdrucksformen dieser normativen und strategischen Spannungsfelder anhand der Debatten des Europäischen Parlaments (2004-2019). Auf einzigartige Weise legt er dar, wie die polarisierende Beitrittsfrage auf die verschiedenen Fraktionen des Parlaments einwirkt und woran eine gelungene Integration der Türkei in die EU scheitert. (Verlagsangaben)
Miscanthus bietet als nachwachsende Industrie- und Energiepflanze zahlreiche Vorteile, die neben den direkten landwirtschaftlichen Anwendungen wie Verbrennung und Tiereinstreu auch eine stoffliche Nutzung im chemischen Bereich zulassen. Als C4-Pflanze mit gesteigerter Photosynthese-Aktivität weist Miscanthus zudem eine hohe CO2-Fixierrate auf. Aufgrund des geringen Kultivierungsaufwandes sowie der hohen Erträge bietet sich Miscanthus als ausgesprochen attraktiver Rohstoff für die Produktion erneuerbarer Kraftstoffe und Chemikalien an, welche mittels thermo-chemischer Umwandlung gewonnen werden.
Software offshoring has been established as an important business strategy over the last decade. While research on such forms of Global Software Development (GSD) has mainly focused on the situation of large enterprises, small enterprises are increasingly engaging in offshoring, too. Representing the biggest share of the German software industry, small companies are known to be important innovators and market pioneers. They often regard their flexibility and customer-orientation as core competitive advantages. Unlike large corporations, their small size allows them to adopt software development approaches that are characterized by a high agility and flat hierarchies. At the same time, their distinct strategies make it unlikely that they can simply adopt management strategies that were developed for larger companies.
Flexible development approaches like the ones preferred by small corporations have proven to be problematic in the context of offshoring, as their strong dependency on constant communication is strongly affected by the various barriers of international cooperation between companies. Cooperating closely over companies’ borders in different time zones and in culturally diverse teams poses complex obstacles for flexible management approaches. It is still a matter of discussion in fields like Software Engineering and Computer Supported Cooperative Work how these obstacles can be tackled and how they affect companies in the long term. Hence, it is agreed that we need a more detailed understanding of distributed software development practices in order to come to feasible technological and organizational solutions.
This dissertation presents results from two ethnographically-informed case studies of software offshoring in small German enterprises. By adopting Anselm Strauss’ concept of articulation work, we want to deepen the understanding of managing distributed software development in flexible, customer-oriented organizations. In doing so, we show how practices of coordinating inter-organizational software development are closely related to aspects of organizational learning in small enterprises. By means of interviews with developers and project managers from both parties of the cooperation, we do not only take into account the multiple perspectives of the cooperation, but also include the socio-cultural background of international software development projects into our analysis.
The present thesis elucidates the development of (i) a series of small molecule inhibitors reacting in a covalent-irreversible manner with the targeted proteases and (ii) a fluorescently labeled activity-based probe as a pharmacological tool compound for investigation of specific functions of the mentioned enzymes in vitro. Herein, the rational design, organic synthesis and quantitative structure-activity-relationships are described extensively.
Die Rolle des Insulin-Signaltransduktionsweges in der Kontrolle der Entwicklung, der Physiologie und der Lebensdauer eines Organismus wurde in den vergangenen Jahren eingehend untersucht. Aufgrund seiner evolutionären Konservierung konnte durch Modellorganismen wie C. elegans, Drosophila und Mus musculus ein schneller Fortschritt bei der Entschlüsselung von Komponenten dieses Signalweges gemacht werden. In Drosophila wurden sieben verschiedene Homologe des Säuger-Insulins identifiziert. Drei der „Drosophila insulin-like peptides“ (dilps) werden in den medianen neuroendokrinen Zellen des Gehirns exprimiert. Diese Insulin-produzierenden Zellen (IPCs) senden neuronale Projektionen in Zellen der Corpora cardiaca. In diesen Zellen wird das Glucagonhomolog AKH (Adipokinetisches Hormon) produziert, zudem sind sie in der Lage Insulin zu speichern. Die beiden Zelltypen können als funktionelles Homolog der A- und B-Zellen des Säuger-Pankreas angesehen werden.
Bisher wurden die Studien in Drosophila an Mutanten des Insulin-Signaltransduktionsweges und an teilweise IPC-defizienten Fliegen durchgeführt. In beiden Fällen konnte der beobachtete Phänotyp von entwicklungsbedingten Defekten und der verminderten Insulin-Signalwirkung selbst ausgelöst worden sein. In dieser Arbeit wurden mit Hilfe des spät in der Entwicklung aktiven dilp3-Promotors und der Apoptose-induzierenden Faktoren RPR (reaper) und HID (Head involution defective) die IPCs zerstört. Ein larvaler Phänotyp wie bei den Mutanten des Insulin-Signaltransduktionsweges war nicht zu beobachten. So war es nun möglich, den Effekt einer verminderten Insulin-Signalwirkung in Adulten getrennt von entwicklungsabhängigen Effekten zu betrachten. Es zeigte sich, dass IPC-defiziente Weibchen Probleme haben, sich unterschiedlichen Nahrungsbedingungen anzupassen. Sie konnten Glycogen und Körperfett nicht so leicht abbauen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass bei Fütterung mit proteinreicher und kohlenhydratarmer Nahrung ihre Lebenserwartung gegenüber den Kontrollen erhöht war. Die Analyse dieser Fliegen mit Hilfe von cDNS-Microarrays führte zur Identifizierung des „target of brain insulin“ (tobi), einer α-Glucosidase, die im Darm und im Fettkörper von Adulten exprimiert wurde. TOBI ist evolutionär konserviert und es existiert ebenfalls ein menschliches Homolog. Das Transkript der α-Glucosidase wurde bei verminderter Insulin-Signalwirkung reprimiert, zudem wurde es abhängig von der Proteinkonzentration in der Nahrung reguliert. Durch die Zerstörung der AKH-produzierenden Zellen konnte tobi ebenfalls reprimiert werden. Dies zeigte, dass zusätzlich zu den IPCs auch die AKH-Zellen nötig waren, um das tobi-induzierende Signal weiterzuleiten. Diese Ergebnisse machen TOBI zu einem interessanten Zielgen des Insulinsignaltransduktionsweges, besonders seine mögliche Rolle im Alterungsprozess bedarf einer weiteren Untersuchung.
Process-induced changes in thermo-mechanical viscoelastic properties and the corresponding morphology of biodegradable polybutylene adipate terephthalate (PBAT) and polylactic acid (PLA) blown film blends modified with four multifunctional chain-extending cross-linkers (CECL) were investigated. The introduction of CECL modified the properties of the reference PBAT/PLA blend significantly. The thermal analysis showed that the chemical reactions were incomplete after compounding, and that film blowing extended them. SEM investigations of the fracture surfaces of blown extrusion films reveal the significant effect of CECL on the morphology formed during the processing. The anisotropic morphology introduced during film blowing proved to affect the degradation processes as well. Furthermore, the reactions of CECL with PBAT/PLA induced by the processing depend on the deformation directions. The blow-up ratio parameter was altered to investigate further process-induced changes proving synergy with mechanical and morphological features. Using blown film extrusion, the elongational behavior represents a very important characteristic. However, its evaluation may be quite often problematic, but with the SER Universal Testing Platform it was possible to determine changes in the duration of time intervals corresponding to the rupture of elongated samples.
Die vorwiegend empiristische Analyse der sozialistischen Staaten führt bei der Beurteilung ihrer Steuerungsprobleme oft zu ideologisch durchsetzten ad-hoc Hypothesen. Mit der vorliegenden Arbeit wird hingegen der Versuch unternommen, Entstehung, Folgen und Bewältigung dieser Probleme einer systematischen Erklärung näher zu bringen.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren zur Analyse von Molekülen auf Grundlage ihrer molekularen Oberfläche und lokalen Werte für physiko-chemische und topografische Eigenschaften entwickelt. Der als Kernkomponente der Analyse entwickelte Fuzzy-Controller kombiniert molekulare Eigenschaften und selektiert die für Wechselwirkungen relevanten Merkmale auf der Oberfläche. Die Ergebnisse des Fuzzy-Controllers werden für die Berechnung von 3D-Deskriptoren und für die Visualisierung der ermittelten Domänen auf der Oberfläche herangezogen. Es werden zwei Arten von Deskriptoren berechnet. Deskriptoren, welche Flächeninhalte und Zugehörigkeiten zu den spezifizierten Bindungsmerkmalen der Domänen darstellen, und Deskriptoren, welche die räumliche Anordnung der Domänen zueinander beschreiben. Die vom Fuzzy-Controller überarbeitete Oberfläche wird im VRML-Format zur Visualisierung und weiteren Bearbeitung zur Verfügung gestellt. Die berechneten Deskriptoren werden zur Ähnlichkeitsanalyse von Liganden und zur Suche von komplementären Bereichen an der Bindungsstelle einesRezeptors eingesetzt. MTX in protonierter Form und DHF, die an das Enzym DHF-Reduktase binden, und die Inhibitoren Sildenafil, Tadalafil und Vardenafil des Enzyms PDE-5A wurden unter Ähnlichkeitsaspekten analysiert. Bei der Bestimmung von komplementären Bindungsmerkmalen wird ausgehend von den Bindungsmerkmalen eines Liganden nach komplementären Bereichen in der Bindungstasche des Rezeptors gesucht. Als Anwendungsbeispiele werden die Bindungsstelle des Enzyms DHF-Reduktase aus den Komplexen mit MTX und DHF und des Enzyms PDE-5A aus den Komplexen mit Sildenafil, Vardenafil und Tadalafil betrachtet. Insgesamt haben die Anwendungsbeispiele gezeigt, dass der vorgestellte Fuzzy-Controller Bindungsmerkmale auf der molekularen Oberfläche identifiziert unddie darauf basierenden, rotations- und translationsinvarianten Deskriptoren zur Ähnlichkeitsanalyse und zur Suche von komplementären Bereichen angewendet werden können.
In this thesis, unique administrative data, a relevant time of follow-up and advanced statistical measures to handle confounding have been utilized in order to provide new and informative evidence on the effects of vocational rehabilitation programs on work participation outcomes in Germany. While re-affirming the important role of micro-level determinants, the present study provides an extensive example of the individual and fiscal effects that are possible through meaningful vocational rehabilitation measures. The analysis showed that the principal objective, namely, to improve participation in employment, was generally achieved. Contrary to the common misconception that “off-the-job training” is relatively ineffective, this thesis has provided an empirical example of the positive impact of the programs.
Business Reengineering, Workflow-Management und der Einsatz betriebswirtschaftlicher Standardanwendungssoftware führen zu neuen Anforderungen hinsichtlich der Gestaltung von Informationssystemen. Der Entwicklung von Referenzarchitekturen, -modellen und -systemen kommt hierbei eine hohe Bedeutung zu, da durch derartige Referenzinstrumente Begriffssysteme normiert sowie Systemkomponenten abgegrenzt und systematisiert werden können. Das Buch behandelt die Gestaltung computerunterstützter Arbeitsabläufe und organisatorischer Strukturen unter Verwendung von WorkflowManagement-Systemen. Es stellt ein umfassendes methodisches Instrumentarium zur Modellierung und Evaluierung von Geschäftsprozessen und Workflows zur Verfügung. Das vorgestellte Konzept umfaßt den vollständigen Zyklus eines Geschäftsprozesses, ausgehend von der Entwicklung der Geschäftsstrategie, über die Geschäftsprozeßanalyse und deren Restrukturierung sowie Modellierung bis hin zur detaillierteren Workflowmodellierung, -simulation und -ausführung.
Optimization plays an essential role in industrial design, but is not limited to minimization of a simple function, such as cost or strength. These tools are also used in conceptual phases, to better understand what is possible. To support this exploration we focus on Quality Diversity (QD) algorithms, which produce sets of varied, high performing solutions. These techniques often require the evaluation of millions of solutions -- making them impractical in design cases. In this thesis we propose methods to radically improve the data-efficiency of QD with machine learning, enabling its application to design. In our first contribution, we develop a method of modeling the performance of evolved neural networks used for control and design. The structures of these networks grow and change, making them difficult to model -- but with a new method we are able to estimate their performance based on their heredity, improving data-efficiency by several times. In our second contribution we combine model-based optimization with MAP-Elites, a QD algorithm. A model of performance is created from known designs, and MAP-Elites creates a new set of designs using this approximation. A subset of these designs are the evaluated to improve the model, and the process repeats. We show that this approach improves the efficiency of MAP-Elites by orders of magnitude. Our third contribution integrates generative models into MAP-Elites to learn domain specific encodings. A variational autoencoder is trained on the solutions produced by MAP-Elites, capturing the common “recipe” for high performance. This learned encoding can then be reused by other algorithms for rapid optimization, including MAP-Elites. Throughout this thesis, though the focus of our vision is design, we examine applications in other fields, such as robotics. These advances are not exclusive to design, but serve as foundational work on the integration of QD and machine learning.
Multi-hop Netze sind seit vielen Jahren Forschungsthema. Seit einigen Jahren gibt es auch erste Realisierungen solcher Netze. Sie ermöglichen es, ohne feste Infrastruktur sich selbst organisierende Netze zu realisieren. Dies macht sie für vielfältige zivile wie taktische Szenarien interessant. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf taktischen Szenarien, wie Szenarien der öffentlichen Sicherheit, militärischen oder Katastrophenszenarien. In solchen Szenarien kann für die Kommunikation auf der letzten Meile nicht von existierender Kommunikationsinfrastruktur ausgegangen werden. Taktische multi-hop Netze stellen eine Möglichkeit dar, die Kommunikation auf der letzen Meile trotzdem zu realisieren.
The initially large number of variants is reduced by applying custom variant annotation and filtering procedures. This requires complex software toolchains to be set up and data sources to be integrated. Furthermore, increasing study sizes subsequently require higher efforts to manage datasets in a multi-user and multi-institution environment. It is common practice to expect numerous iterations of continuative respecification and refinement of filter strategies, when the cause for a disease or phenotype is unknown. Data analysis support during this phase is fundamental, because handling the large volume of data is not possible or inadequate for users with limited computer literacy. Constant feedback and communication is necessary when filter parameters are adjusted or the study grows with additional samples. Consequently, variant filtering and interpretation becomes time-consuming and hinders a dynamic and explorative data analysis by experts.
At the end of 2019, about 4.1 billion people on earth were using the internet. Because people entrust their most intimate and private data to their devices, the European legislation has declared the protection of natural persons in relation to the processing of personal data as a fundamental right. In 2018 23 million people worldwide, having the responsibility of implementing data security and privacy, were developing software. However, the implementation of data and application security is a challenge, as evidenced by over 41 thousand documented security incidents in 2019. Probably the most basic, powerful, and frequently used tools software developers work with are Application Programming Interfaces (APIs). Security APIs are essential tools to bring data and application security into software products. However, research results have revealed that usability problems of security APIs lead to insecure API use during development. Basic security requirements such as securely stored passwords, encrypted files or secure network connections can become an error-prone challenge and in consequence lead to unreliable or missing security and privacy. Because software developers hold a key position in the development processes of software, not properly operating security tools pose a risk to all people using software. However, little is known about the requirements of developers to address the problem and improve the usability of security APIs. This thesis is one of the first to examine the usability of security APIs. To this end, the author examines to what extent information flows can support software developers in using security APIs to implement secure software by conducting empirical studies with software developers. This thesis has contributed fundamental results that can be used in future work to identify and improve important information flows in software development. The studies have clearly shown that developer-tailored information flows with adapted security-relevant content have a positive influence on the correct implementation of security. However, the results have also led to the conclusion that API producers need to pay special attention to the channels through which they direct information flows to API users and how the information is designed to be useful for them. In many cases, it is not enough to provide security-relevant information via the documentation only. Here, proactive methods like the API security advice proposed by this thesis achieve significantly better results in terms of findability and actionable support. To further increase the effectiveness of the API security advice, this thesis developed a cryptographic API warning design for the terminal by adopting a participatory design approach with experienced software developers. However, it also became clear that a single information flow can only support up to a certain extent. As observed from two studies conducted in complex API environments in web development, multiple complementary information flows have to meet the extensive information needs of developers to be able to develop secure software. Some evaluated new approaches provided promising insights towards more API consumer-focused documentation designs as a complement to API warnings.
During the last 50 years, a broad range of visible light curing resin based composites (VLC RBC) was developed for restorative applications in dentistry. Correspondingly, the technologies of light curing units (LCU) have changed from UV to visible blue light, and there from quartz tungsten halogen over plasma arc to LED LCUs increasing their light intensity significantly. In this thesis, the influence of the curing conditions in terms of irradiance, exposure time and irradiance distribution of LCU on reaction kinetics as well as corresponding mechanical and viscoelastic properties were investigated.