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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.