Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Weltweit stellen Waldbrände eine große Bedrohung für Umwelt, Wirtschaft und menschliches Leben dar. Der fortschreitende Klimawandel verstärkt Trockenheit und Dürre, wodurch die Größe und Intensität von Waldbränden sowie das daraus resultierende Gefahrenpotential zusätzlich erhöht werden. Um im Risikofall eine schnelle und effektive Waldbrandbekämpfung zu gewährleisten, sollen Einsatzkräfte in Zukunft von KI-basierten Ausbreitungsmodellen unterstützt werden.
Der Einsatz von maschinellem Lernen ermöglicht dabei schnelle und zielgerichtete Ausbreitungsvorhersagen in Echtzeit, die in den Prozess der Brandbekämpfung als zusätzliche Information einfließen können. Im Rahmen des durch das EU-Förderprogram Horizon 2020 finanzierte Projekt TREEADS wird ein solches Modell für Europa entwickelt.
Dazu wird mit verschiedenen Satellitendaten des Copernicus-Programms und der NASA ein auf räumlicher und zeitlicher Ebene aufgelöster Datensatz zu europäischen Waldbränden aufgebaut. Zu den erfassten Waldbränden werden wichtigen Faktoren, die Einfluss auf die Brandausbreitung haben, ergänzt. Dazu gehören das von Copernicus bereitgestellte, digitale Geländemodell Europas und verschiedene, von Sentinel-2 Messungen abgeleitete Informationen zu Vegetation und Landnutzung. Dieser 2D-Trainingsdatensatz zu realen Waldbränden wird durch die zeitlich hochaufgelösten, meteorologischen Reanalyse-Produkte – Copernicus European Regional ReAnalysis (CERRA) und ERA5-Land – vervollständigt und ist die Grundlage für ein Modell zur Ausbreitungsvorhersage von Waldbränden.
Methoden des Maschinellen Lernens können komplexe Muster in den gesammelten Daten erkennen und so zu einer verbesserten Vorhersage der Brandausbreitung beitragen. Die vielfältigen, von Copernicus bereitgestellten Daten sind dabei ein unabdingbarer Bestandteil des Modells, mit dem den Einsatzkräften ein zusätzliches Tool für den effizienten Einsatz ihrer limitierten Ressourcen zur Verfügung steht.
In this study, a wound dressing composed of an alginate dialdehyde−gelatin (ADA-GEL) hydrogel incorporated by astaxanthin (ASX) and 70B (70:30 B2O3/CaO in mol %) borate bioactive glass (BBG) microparticles was developed through 3D printing. ASX and BBG particles sti.ened the composite hydrogel construct and delayed its in vitro degradation compared to the pristine hydrogel construct, mainly due to their cross-linking role, likely arising from hydrogen bonding between the ASX/BBG particles and ADA-GEL chains. Additionally, the composite hydrogel construct could hold and deliver ASX steadily. The composite hydrogel constructs codelivered biologically active ions (Ca and B) and ASX, which should lead to a faster, more e.ective wound-healing process. As shown through in vitro tests, the ASX-containing composite hydrogel promoted fibroblast (NIH 3T3) cell adhesion, proliferation, and vascular endothelial growth factor expression, as well as keratinocyte (HaCaT) migration, thanks to the antioxidant activity of ASX, the release of cell-supportive Ca2+ and B3+ ions, and the biocompatibility of ADA-GEL. Taken together, the results show that the ADA-GEL/BBG/ASX composite is an attractive biomaterial to develop multipurposed wound-healing constructs through 3D printing.
Understanding the chemistry and nature of individual chemical bonds is essential for materials design. Bonding analysis via the LOBSTER software package has provided valuable insights into the properties of materials for thermoelectric and catalysis applications. Thus, the data generated from
bonding analysis becomes an invaluable asset that could be utilized as features in large-scale data analysis and machine learning of material properties. However, no systematic studies exist that conducted high-throughput materials simulations to curate and validate bonding data obtained from LOBSTER. Here we present an approach to constructing such a large database consisting of quantum-chemical bonding information.
Fatigue strength estimation is a costly manual material characterization process in which state-of-the-art approaches follow a standardized experiment and analysis procedure. In this paper, we examine a modular, Machine Learning-based approach for fatigue strength estimation that is likely to reduce the number of experiments and, thus, the overall experimental costs. Despite its high potential, deployment of a new approach in a real-life lab requires more than the theoretical definition and simulation. Therefore, we study the robustness of the approach against misspecification of the prior and discretization of the specified loads. We identify its applicability and its advantageous behavior over the state-of-the-art methods, potentially reducing the number of costly experiment.