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Vorrichtung zur Authentifikation einer Person anhand mindestens eines biometrischen Parameters
(2008)
Die Vorrichtung zur Authentifikation einer Person anhand mindestens eines biometrischen Parameters, insbesondere anhand eines Fingerabdrucks, ist versehen mit einem Biometrie-Detektor (20) zur Detektion eines biometrischen Parameters, einem Haut-Detektor (24) zur berührungslosen Erkennung lebender menschlicher Haut innerhalb eines Erfassungsbereichs. Der Haut-Detektor (24) weist mindestens eine Gruppe aus mindestens einer Strahlungseinheit (26, 28) und mindestens einer Empfangseinheit (30) auf. Die mindestens eine Strahlungseinheit (26, 28) gibt in Richtung auf den Erfassungsbereich Strahlung bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1500 nm ab, wobei mindestens eine der Wellenlängen (26, 28) im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1500 nm liegt und die mindestens eine Empfangseinheit (30) aus dem Erfassungsbereich reflektierte Strahlung empfängt. Ferner ist die Vorrichtung versehen mit einer mit dem Biometer-Detektor (20) und dem Haut-Detektor (24) verbundenen Signalauswerteeinheit (22) zur Auswertung der Intensität der von der Empfangseinheit (30) empfangenen reflektierten Strahlungen der Strahlungseinheit (26, 28). In der Signalauswerteeinheit (22) ist anhand der Intensitäten der von der Empfangseinheit (30) empfangenen reflektierten Strahlungen der Strahlungseinheit (26, 28) bei den zwei unterschiedlichen Wellenlängen ermittelbar, ob der Haut-Detektor lebende menschliche Haut erkennt.
The use of manually fed machines (e.g. table saws) bares risks of injury that are clearly above the average level of other high risk workplaces.
The wide use of such machines causes severe problems for occupational safety and implies high costs for medical treatments and accident annuities.
This thesis presents a new concept of a multispectral sensor to monitor an area in front of a danger zone to detect the user’s limbs and trigger safeguarding measures to prevent an accident in time.
The sensor concept realizes a contact-free material classification, which comprises the development of a system design and specific safety requirements with respect to international safety standards.
Furthermore, a prototypical implementation using four wavebands, which were determined for skin detection through an analysis of reflectance spectra acquired specifically for this purpose, was built.
Polymer fibers with liquid crystals (LCs) in the core have potential as autonomous sensors of airborne volatile organic compounds (VOCs), with a high surface-to-volume ratio enabling fast and sensitive response and an attractive non-woven textile form factor. We demonstrate their ability to continuously and quantitatively measure the concentration of toluene, cyclohexane, and isopropanol as representative VOCs, via the impact of each VOC on the LC birefringence. The response is fully reversible and repeatable over several cycles, the response time can be as low as seconds, and high sensitivity is achieved when the operating temperature is near the LC-isotropic transition temperature. We propose that a broad operating temperature range can be realized by combining fibers with different LC mixtures, yielding autonomous VOC sensors suitable for integration in apparel or in furniture that can compete with existing consumer-grade electronic VOC sensors in terms of sensitivity and response speed.
Due to their user-friendliness and reliability, biometric systems have taken a central role in everyday digital identity management for all kinds of private, financial and governmental applications with increasing security requirements. A central security aspect of unsupervised biometric authentication systems is the presentation attack detection (PAD) mechanism, which defines the robustness to fake or altered biometric features. Artifacts like photos, artificial fingers, face masks and fake iris contact lenses are a general security threat for all biometric modalities. The Biometric Evaluation Center of the Institute of Safety and Security Research (ISF) at the University of Applied Sciences Bonn-Rhein-Sieg has specialized in the development of a near-infrared (NIR)-based contact-less detection technology that can distinguish between human skin and most artifact materials. This technology is highly adaptable and has already been successfully integrated into fingerprint scanners, face recognition devices and hand vein scanners. In this work, we introduce a cutting-edge, miniaturized near-infrared presentation attack detection (NIR-PAD) device. It includes an innovative signal processing chain and an integrated distance measurement feature to boost both reliability and resilience. We detail the device’s modular configuration and conceptual decisions, highlighting its suitability as a versatile platform for sensor fusion and seamless integration into future biometric systems. This paper elucidates the technological foundations and conceptual framework of the NIR-PAD reference platform, alongside an exploration of its potential applications and prospective enhancements.
Optical gas sensors based on chiral-nematic liquid crystals (N* LCs) forming one-dimensional photonic crystals do not require electrical energy and have a considerable potential to supplement established types of sensors. A chiral-nematic phase with tunable selective reflection is induced in a nematic host LC by adding reactive chiral dopants. The selective chemical reaction between dopant and analyte is capable to vary the pitch length (the lattice constant) of the soft, self-assembled, one-dimensional photonic crystal. The progress of the ongoing chemical reaction can be observed even by naked eye because the color of the samples varies. In this work, we encapsulate the responsive N* LC in microscale polyvinylpyrrolidone (PVP) fibers via coaxial electrospinning. The sensor is, thus, given a solid form and has an improved stability against nonavoidable environmental influences. The reaction behavior of encapsulated and nonencapsulated N* LC toward a gaseous analyte is compared, systematically. Making use of the encapsulation is an important step to improve the applicability.
Durch Dotierung eines nematischen Flüssigkristalles mit einer chiralen Substanz wird eine helikal strukturierte Phase induziert, die in der Lage ist, einfallendes Licht wellenlängenselektiv zu reflektieren. Bei der Reaktion des Dotiermittels mit einem gasförmigen Analyten verändern sich die Ganghöhe dieser Struktur und damit die reflektierte Wellenlänge. Liegt diese im Bereich des sichtbaren Lichts, ist eine Farbänderung mit dem menschlichen Auge zu beobachten. Es ist dabei sinnvoll den Flüssigkristall z.B. in einem Polymer einzukapseln, um ihn vor mechanischen Einflüssen und Umwelteinflüssen zu schützen. Eine Möglichkeit zur Einkapselung ist das koaxiale Elektrospinnen. Vorteile sind unter anderem die Realisierung einer großen Oberfläche und einer sehr geringen Wanddicke der schützenden Schale, die die Diffusion von Gasen durch die Wand hindurch ermöglicht. Um die Funktionsfähigkeit eines solchen Sensors zu testen, wurde ein CO2-sensitiver Flüssigkristall verwendet. Dieser wurde in eine Schale aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) versponnen und die Reaktion mit CO2 spektroskopisch analysiert.
The application of Raman and infrared (IR) microspectroscopy is leading to hyperspectral data containing complementary information concerning the molecular composition of a sample. The classification of hyperspectral data from the individual spectroscopic approaches is already state-of-the-art in several fields of research. However, more complex structured samples and difficult measuring conditions might affect the accuracy of classification results negatively and could make a successful classification of the sample components challenging. This contribution presents a comprehensive comparison in supervised pixel classification of hyperspectral microscopic images, proving that a combined approach of Raman and IR microspectroscopy has a high potential to improve classification rates by a meaningful extension of the feature space. It shows that the complementary information in spatially co-registered hyperspectral images of polymer samples can be accessed using different feature extraction methods and, once fused on the feature-level, is in general more accurately classifiable in a pattern recognition task than the corresponding classification results for data derived from the individual spectroscopic approaches.
Forensic DNA profiles are established by multiplex PCR amplification of a set of highly variable short tandem repeat (STR) loci followed by capillary electrophoresis (CE) as a means to assign alleles to PCR products of differential length. Recently, CE analysis of STR amplicons has been supplemented by high-throughput next generation sequencing (NGS) techniques that are able to detect isoalleles bearing sequence polymorphisms and allow for an improved analysis of degraded DNA. Several such assays have been commercialised and validated for forensic applications. However, these systems are cost-effective only when applied to high numbers of samples. We report here an alternative, cost-efficient shallow-sequence output NGS assay called maSTR assay that, in conjunction with a dedicated bioinformatics pipeline called SNiPSTR, can be implemented with standard NGS instrumentation. In a back-to-back comparison with a CE-based, commercial forensic STR kit, we find that for samples with low DNA content, with mixed DNA from different individuals, or containing PCR inhibitors, the maSTR assay performs equally well, and with degraded DNA is superior to CE-based analysis. Thus, the maSTR assay is a simple, robust and cost-efficient NGS-based STR typing method applicable for human identification in forensic and biomedical contexts.
The human gut microbiota harbors untapped potential for biotechnological applications. Within the phylum of Bacteroidota, Phocaeicola vulgatus stands out as a promising candidate for sustainable production of key platform chemicals like succinate. However, genetic engineering of Phocaeicola sp. remains challenging due to its intricate molecular landscape. This study lays the groundwork for manipulating the central carbon pathways in Phocaeicola vulgatus, offering insights into overcoming genetic hurdles for increased succinate yields.
Unkonventionelle Spreng- und Brandvorrichtungen sind Bedrohungen in den weltweiten Konfliktherden und werden bei terroristischen Aktivitäten verwendet. Der Schutz von Menschen und Material erfordert daher effektive Gegenmaßnahmen. Dazu gehört auch die Anforderung an Sicherheitskräfte oder militärisches Personal, unbekannte Substanzfunde mit geringem zeitlichem und logistischem Aufwand vor Ort als gefährdend oder unkritisch einzustufen. Um Explosivstoffe von nicht-explosiven Materialien zu unterscheiden, kann die bei Explosivstoffen initiierbare, stark exotherme Reaktion genutzt werden. Diese resultiert in Strahlungsemissionen sowie in lokaler Druck- und Temperaturerhöhung. Die Messung dieser Reaktionseffekte und die Anforderung an eine mobile, einfach zu bedienende und robuste Analytik werden durch ein System ermöglicht, das Proben im einstelligen mg-Bereich durch schnelles Erhitzen auf mikrostrukturierten Heizern zum chemischen Umsatz anregt. Die emittierte Strahlung wird mit Photodioden im Bereich des sichtbaren und nah-infraroten Lichts aufgenommen, ein Sensor registriert die Druckerhöhung in einer geschlossenen Versuchskammer. In einem zweiten Aufbau werden die gasförmigen Reaktionsprodukte über ein Sensorarray von vier kommerziellen Gassensoren geleitet und die Signalantworten der Halbleitergassensoren mittels Hauptkomponentenanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die schnelle thermische Aktivierung für die untersuchten primären Explosivstoffe, Treibladungspulver, sowie Trinitrotoluol (TNT) reproduzierbar erfolgt. Nicht-Explosivstoffe werden dabei im untersuchten Umfang sicher als unkritisch erkannt. Die Auswertung der Gassensorsignale liefert eine Unterscheidung von Nitrat- und Peroxid-basierten Sprengstoffen sowie von nicht-explosiven Substanzen.
Hydrogen‐Bonded Cholesteric Liquid Crystals—A Modular Approach Toward Responsive Photonic Materials
(2022)
A supramolecular approach for photonic materials based on hydrogen-bonded cholesteric liquid crystals is presented. The modular toolbox of low-molecular-weight hydrogen-bond donors and acceptors provides a simple route toward liquid crystalline materials with tailor-made thermal and photonic properties. Initial studies reveal broad application potential of the liquid crystalline thin films for chemo- and thermosensing. The chemosensing performance is based on the interruption of the intermolecular forces between the donor and acceptor moieties by interference with halogen-bond donors. Future studies will expand the scope of analytes and sensing in aqueous media. In addition, the implementation of the reported materials in additive manufacturing and printed photonic devices is planned.
Explorative experiments were done to figure out differences in the emission of volatile organic compounds (VOCs) of not infested trees and trees infested by Anoplophora glabripennis (Asian longhorn beetle, ALB), a quarantine pest. Therefore, VOCs from some native insect species, Anoplophora glabripennis infested Acer, stressed Acer, healthy Acer, Populus and Salix were obtained by enrichment on adsorbents. Qualitative analysis was done by thermal desorption gas chromatography coupled with a mass selective detector (TD-GC/MS). Altogether 169 substances were identified. 11 substances occur from ALB infested or mechanically damaged trees i.e. stressed trees, but not from healthy trees. (+)-Cyclosativene, (+)-α-longipinene, copaene and caryophyllene are detectable only from ALB-infested Acer not from mechanically damaged or healthy Acer. However, these substances are also emitted by healthy Salix. 2,4-Dimethyl-1-heptene is among all tree samples exclusively present in the ambience of ALB-infested trees. It´s rarely detectable from native insect species’ samples.
Der Asiatische Laubholzbockkäfer (Anoplophora glabripennis, kurz: ALB) ist ein Bockkäfer, der 2001 seinen Weg nach Europa fand. Er ist als Quarantäneschaderreger eingestuft und muss in Europa bekämpft werden. Eine der Möglichkeiten zum Aufspüren befallener Bäume ist der Einsatz von Spürhunden. Die Einstufung des ALB als Quarantäneschädling bringt große Probleme bei der Verwendung von Trainingsmaterial mit sich. Da es sich zudem um biologisches Material handelt, das geruchchemisch Änderungen und Variationen unterworfen ist, und da die für den Hund relevanten Geruchsstoffe nicht bekannt sind, ist es häufig schwierig, geeignete und frische Geruchsträger als Trainingshilfsmittel zur Verfügung zu stellen.