Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften
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To guarantee the safety of medical devices, including embedded systems, it is essential to consider both electronic components and the natural environment during validation and verification. In contrast to prior research, we present a hardware-in-the-loop environment that connects a real medical system to a biological model in real time for validation, including the modeling of the mechanical component of the heart valves in addition to the modeling of the electrical conduction and electrical stimulation of the heart chambers. Our model accounts for the dynamic adaptation of the temporal processes in the heart chambers to the pacing frequency of the individual chambers as a function of the action potential. This study investigates two additional risk factors affecting the heart under different conditions: pacemaker syndrome and electrical stimulation during the vulnerable phase. Both can be life-threatening to the patient if left untreated.
In implementing our concept on a physical pacemaker connected to our software-based model of the heart, we discovered that the test pacemaker was unable to generate the required heart rate in three of the scenarios we tested. Additionally, our tests revealed occurrences of pacemaker syndrome and stimulation in the vulnerable phase.
We are reporting on a project on duty rostering of a train operating company in Germany. There, in the past, rostering took place on a purely individual basis. As the goal of the project, the train drivers should work according to a set of 20 essentially fixed basic turni. These plans took into effect from January 2024 on.
In this extended abstract, we are focusing on a specific task that had to be resolved within the transition process. In particular, the fixed turni are intended to repeat periodically, most of them after 17 weeks. In particular, for that one turnus is equipped with train drivers in a balanced way, 17 employees have to be assigned to this turnus, each of them to one of the 17 different weeks of the turnus to start. To cover each day of the week, the weeks of the turnus typically differ in their number of working days.
Since the holidays of the train drivers had been already planned in advance, depending on the starting week, during the entire year, a smaller or larger number of working days of the turnus could be erased by the individual holidays. In order to preserve as many working days as necessary, a straightforward mixed-integer linear optimization problem has been designed and solved, to decide which train driver should start to work in which week of the turnus. The solution of this optimization run has been finally applied in practice.
Die Führung des Radverkehrs auf Hauptverkehrsstraßen ist unter anderem aufgrund der verkehrlichen Verhältnisse mit einem hohen Anspruch an Sicherheit und Komfort der Radfahrenden verbunden. Herkömmliche Radfahrstreifen um eine physische Trennung zu erweitern, kann jene Anforderungen adressieren und somit einen bedeutsamen Bestandteil zur Förderung des städtischen Radverkehrs bilden. Die Wahl des Elements zur Trennung von Kfz- und Radverkehr ist Gegenstand der Verkehrsplanung und unterliegt rigiden technischen und situationsabhängigen Ansprüchen. Derzeit existiert jedoch weder eine Vorgabe, wie diese physische Trennung auszubilden ist, noch liegen Anhaltspunkte vor, nach denen die Wahl des Protektionselements getroffen werden kann. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, die Anforderungen an Protektionselemente zu identifizieren und auf dieser Grundlage gängige Ausführungen der Protektion hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz an geschützten Radfahrstreifen zu bewerten. Ein weiterer Bestandteil der Studie umfasst die Analyse der Auswirkungen städtebaulicher und verkehrlicher Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes auf die Anforderungen an Protektionselemente. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für die Planung geschützter Radfahrstreifen formuliert. Es ergibt sich folgende leitende Forschungsfrage:
Welche Ausführungen von Protektionselementen sind für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen im städtischen Raum geeignet?
Zur Beantwortung der leitenden Forschungsfrage werden folgende sekundäre Forschungsfragen formuliert:
Welche Anforderungen werden an Protektionselemente gestellt und wie können diese Anforderungen erfüllt werden?
Inwiefern beeinflussen die Rahmenbedingungen eines Streckenabschnitts die Anforderungen an Protektionselemente?
Zur Beantwortung dieser Fragen wird auf eine Kombination qualitativer Forschungsmethoden zurückgegriffen. Durch Interviews mit Expertinnen und Experten werden Anforderungen an Protektionselemente erhoben. Um Auswirkungen des Betriebs aufzunehmen, werden bereits bestehende Ausführungen von Protektionen in Berlin begutachtet und analysiert. Auf Grundlage der Eigenschaften verschiedener Protektionsarten werden ausgewählte Ausführungen und Gruppen von Protektionselementen hinsichtlich der Erfüllung der zuvor definierten Anforderungen bewertet. Diese Bewertung, die Definition der Anforderungen sowie die Analyse des Einflusses straßenraumspezifischer Merkmale städtischer Hauptverkehrsstraßen bilden die Grundlage für die spätere Formulierung von Handlungsbedarfen und -empfehlungen für Forschung, Entwicklung und Planung.
Die Untersuchung hat gezeigt, dass unterschiedliche, teilwiese konträre Anforderungen an Protektionselemente gestellt werden, die wiederum partiell erheblich von den Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes abhängig sind. Eine zentrale Anforderung an die Protektion ist eine hohe Widerstandsfähigkeit der Elemente gegen mechanische Einwirkungen. Diese Bedingung führt dazu, dass fragile Elemente, vornehmlich aus Kunststoff (bspw. Leitbaken und flexible Sperrpfosten) nicht für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen geeignet sind. Flache, besonders widerstandsfähige Konstruktionen (z.B. Betonbord) sind am ehesten geeignet.
Dabei haben die Merkmale eines Streckenabschnittes Einfluss auf die Anforderungen und somit insbesondere auf die geometrische Ausführung der Elemente. Die Aufteilung des Straßenraumes, die Nutzungsstrukturen der angrenzenden Flächen oder auch die Geschwindigkeiten und Verkehrsstärken des Kfz-Verkehrs beeinflussen die Relevanz mancher Anforderungen. Betonborde, welche durch ihre Geometrie die vorherrschenden Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes erfüllen und punktuell durch Elemente mit ergänzenden Eigenschaften, wie massive Sperrpfosten, kombiniert werden, sind für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen am ehesten geeignet. Für die Verkehrsplanung wird empfohlen, vermehrt auf eine solche Kombination von Elementen zurückzugreifen. Die Einflüsse der Merkmale städtischer Hauptverkehrsstraßen sind dabei zu beachten.
Deutlich wird auch, dass es kein ideales Element gibt, da mehrere Anforderungen in Konflikt miteinander stehen. Daher bestehen zentrale Handlungsbedarfe in der Weiterentwicklung der hier vorgenommenen Untersuchung, der Erforschung von Auswirkungen verschiedener Konstruktionen auf das Verkehrsverhalten und letztendlich in der Entwicklung von Elementen, welche die Anforderungen in Abhängigkeit der Merkmale eines Streckenabschnittes in einem angemessenen Maße erfüllen.
This paper presents an integrated approach to explore human factors in the craft sector. The embedded use case consists of craft workshops being 3D-modelled and simulated so that different scheduling rules can be deployed. The connected VR visualization allows craft professionals to experience scheduling rules and their impact on different performance measurements in an environ-ment intuitively resembling their actual workshops. The lessons learned from the simulation modelling are collected and presented. A modular approach appears to be beneficial for simulation modelling, offering flexibility and pragmatism but detail when needed. Apart from this anecdotal evidence, the study is accompanied by interviews. These are analyzed based on abduction grounded theory which combines a strong focus on the actual corpus of qualitative data but considers theoretical foundations, when appropriate. This paper presents the study design, and how it interties with the research approach and the use case of simulation and virtual reality for carpentries.
Aus den Straßen europäischer Städte sind sie kaum noch wegzudenken: Lasten- und Transporträder. Im Personenverkehr sind sie für Einkäufe und Kindertransporte bereits Standard, ebenso im Kuriersegment sowie der Paketzustellung. Besonders in der Logistik und im Wirtschaftsverkehr liegt noch ein sehr breit gefächertes und ausdifferenziertes Einsatzpotenzial. Die Renaissance des Lastenrads als Transportmittel nimmt auch im gewerblichen Sektor an Bedeutung zu.
Das Open Access-Buch bietet in dieser Form erstmals systematisch aufbereitetes Wissen für Praktiker in Wirtschaft, Politik und Verwaltung sowie für Studierende in den Bereichen Logistik und Verkehrsplanung. Zu den einzelnen Aspekten der Radlogistik (u. a. Fahrzeuge und Technik, gewerblicher Einsatz, logistischer Einsatz, Planung, Infrastrukturen, intermodale Einbindung, Best-Practice-Beispiele, Entwicklungstrends) haben national renommierte Wissenschaftler:innen Beiträge verfasst. Dieses Buch bündelt den aktuellen Wissensstand auf Basis von Forschungsergebnissen und stellt ihn kompakt und übersichtlich dar.
The pattern of the activity of proteases is related to distinct physiological states of living organisms. Often activity changes of a certain protease can be assigned to a specific disease. Hence, they are useful biomarkers and a simple and fast determination method of their activity could be a valuable tool for the efficient monitoring of numerous diseases. Here, two different methods for the qualitative and quantitative determination of protease activity are demonstrated using the model system of proteinase K. The first test system is based on a protein-modified and colored 3D silica structure that changes color when exposed to the enzyme. This method has also been used for the detection of matrix metallo-protease 2 (MMP2) with gelatine as protease substrate on the plates. The second detection system uses the decrease in the voltammetric signal of a cytochrome c/DNA multilayer electrode after incubation with a protease to quantitatively determine its proteolytic activity. While activities down to 0.15 U/ml can be detected with the first method, the second one provides detection limits of about 0.03 U/ml (for proteinase K.) The functionality of both systems can be demonstrated and ways for further enhancement of sensitivity have been elucidated.
In the field of neuroscience as well as in the clinical setting, the neurotransmitter dopamine (DA) is an analyte which is important for research as well as medical purposes. There are plenty of methods available to measure dopamine quantitatively, with voltammetric ones such as differential pulse voltammetry (DPV) being among the most convenient and simple ones. However, dopamine often occurs, either naturally or because of the requirements of involved enzymatic systems, alongside substances that can influence the signal it produces upon electrochemical conversion. An example for such substances is the magnesium ion, which itself is not electrochemically active in the potential range needed for DA oxidation, but influences the dopamine signal. We have characterized the properties of DPV signals subject to the interaction between DA and Mg2+ and show that, although these properties are changing in a nonlinear fashion when both concentrations are varying, relatively simple linear mathematical models can be used to determine dopamine concentrations quantitatively in the presence of magnesium ions. The focus of this study is thus, the mathematical treatment of experimental data in order to overcome an analytical problem and not the investigation of the chemical background of DA-Mg2+ interaction.
The objective of this paper, based on the characterization of Industry 5.0 and its implicit Education 5.0, is to deal with experiences with industrial engineers in training, in the Cuban university context, associated with the competencies to be developed in the process of "active learning", in the transition towards an industry 5.0 in Cuba. This Education 5.0 implies two aspects of competences: those of high cognition of technologies or work processes and those of organizational management. They will be developed through Education 5.0 associated with the enabling technologies of that evolved Industry 4.0 or 5.0. Observation was used as a method, covering both documentary analysis and the participant made by teachers and students in "active learning". As results of the investigation, the characteristics of this Industry with its Education 5.0 and the peculiarities that are evident in the training of industrial engineers are expressed.
Der Schadensmechanismus Lagerringwandern stellt Maschinenbaufirmen vor große Herausforderungen, da gängige Berechnungswerkzeuge wichtige Systemeinflüsse aufgrund hoher Berechnungszeiten nicht einbeziehen können. Der Schadensmechanismus ist damit zumeist ein unvermeidliches Problem und kann die Betriebszeit von Antrieben erheblich limitieren. Basierend auf dieser Problemstellung wird im Beitrag ein Ansatzvektorverfahren untersucht, welches mithilfe einer nichtlinearen Modellordnungsreduktion die Berechnungszeiten bisheriger Methoden reduzieren und somit den Weg zur Analyse des Lagerringwanderns innerhalb von Systemsimulationen ebnen kann. Der Fokus liegt dabei auf der Vorstellung des Verfahrens sowie einer grundlegenden Studie hinsichtlich Ergebnisqualität und Performanz.
Micro-Transfer printing (µTP) is a promising technique for hetero-integration of III-V materials into Si-based photonic platforms. To enhance the print yield by increasing the adhesion between the III-V material and Si or SiO2 surface, an adhesion promoter like Benzocyclobutene is typically used as interlayer. In this work, we demonstrate µTP of InP based coupons on SiO2 interlayer without any adhesive interlayer and investigate the mechanism of adhesive free bonding. Source coupons are InP-based coupon stacks on a sacrificial layer that is removed by a chemical wet etch with FeCl3. For the target we fabricated amorphous-Si waveguides on 8” wafer encapsulated by a High Density Plasma SiO2 which was planarized by a chemical mechanical polishing procedure. We used O2 plasma to activate both source and target to increase adhesion between coupon and substrate. To get a better understanding of the bonding mechanism we applied several surface characterization methods. Root mean square roughness of InP and SiO2 was measured by atomic force microscopy before and after plasma activation. The step height of the micro-transfer printed source coupon on the target wafer is estimated by optical step profiler. We used Raman peak position mappings of InP to analyze possible strain and contact angle measurements on SiO2, before and after plasma activation to observe a change in the hydrophilicity of the surface. X-ray Photoelectron Spectroscopy analysis was used to characterize the surface energy states of P2p, In3d, O1s for InP source and Si2p, O1s for SiO2 target. Our results demonstrate direct bonding of InP coupons by means of µTP without the need of a strain-compensation layer. In this way, a promising route towards Complementary Metal-Oxide-Semiconductor compatible use of µTP for the hetero-integration of InP is provided.