Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften
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Urbane Mobilität insbesondere der innerstädtischen Personentransport wird auch zukünftig ein besonderes Augenmerk unter dem Eindruck nachhaltiger Nutzung von Energiesystemen haben. Hierbei besitzt der öffentliche Personennahverkehr(ÖPNV) ein großes Potential zur großskaligen Minderung des Kohlendioxid ausstoßes. Ein sehr wichtiges Konzept hierbei ist der Oberleitungsbus der ganz analog zu einer Straßenbahn über eine Oberleitung fahrbahnbegleitend mit Strom versorgt wird. Da der Bus naturgemäß nicht schienengebunden fährt und somit ein gewisses Maß an Positionsungenauigkeit besitzt, ist das Eindrahten an die Oberleitung allerdings erschwert. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Regelungsansatz basierend auf einer neuartigen Sensorkonfiguration, der das automatische Eindrahten eines Stromabnehmers auf einem Bus ermöglichen kann.
Dieses Paper präsentiert das Forschungsprojekt „Intelligent Camera Unit“ (ICU) der Technischen Hochschule Wildau in Kooperation mit der Beiersdorf AG zur Verbesserung von Portraitaufnahmen in Probandenstudien für Kosmetikprodukte. Das Hauptziel des Projekt besteht darin, Ausrichtungsfehler zu minimieren und die Vergleichbarkeit von Vorher-Nachher-Bildern zu erhöhen. Dies wird durch die Verwendung eines kollaborativen Roboters und KI-gestützter Bildanalyse erreicht, um präzise Ausrichtung und Gesichtspositionen der Probanden zu gewährleisten. Das entwickelte System ermöglicht effiziente und reproduzierbare Aufnahmen aus verschiedenen Winkeln und Entfernungen und bietet eine benutzerfreundliche, web-basierte Bedienoberfläche.
Der technische Fortschritt hat dazu geführt, dass die Kosten für das automatisierte Drucken von Emblemen, Anhängern sowie allgemein gedruckten Prototypen stark gefallen sind. Dies geschah insbesondere auch vor dem Hintergrund eines Wandels der Industrie hin zu einer modernen Industrie 4.0. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für das automatische 3D-Drucken eines Logos präsentiert, welches als Pixelgrafik vorliegt. Die vorgeschlagene Prozesskette erzeugt hierbei final den G-code zum Drucken. Dabei sind seitens des Users wenige Eingaben erforderlich.
Dieser Beitrag beschreibt zwei Studien zur Akzeptanz eines Messroboters zur Durchführung von dermatologischen In-Vivo-Messungen. Die erste Studie ist eine quantitative Online-Umfrage mit 745 Teilnehmern. Die Studie gliedert sich in drei Bereiche mit insgesamt 24 Fragen. Die Teilnehmer werden zu ihren Erfahrungen und Ängsten in Bezug auf Roboter befragt und insbesondere zu einem möglichen Einsatz eines Messroboters für dermatologische In-Vivo-Studien. Für die qualitative Studie werden insgesamt 17 Studienteilnehmer jeweils einzeln für ein zweistündiges Interview, welches in 4 Phasen gegliedert ist, eingeladen. In Phase 2 dieser Studie werden die ersten robotergestützten In-Vivo-Messungen an Hautarealen auf dem Unterarm der Teilnehmer durchgeführt. Bereits aus der quantitativen Umfrage geht hervor das die meisten (75 %) Teilnehmer der Idee von Robotern im Messbetrieb offen gegenüber stehen, 55,7% befürworten den Einsatz sogar. Während des quantitativen Interviews werden Ängste und Unsicherheiten vor und während der ersten Messung genannt und beobachtet. Alle Teilnehmer waren zur Wiederholungsmessung sehr viel sicherer im Umgang mit dem Roboter und können sich einen zukünftigen Einsatz vorstellen. Besondere Herausforderungen stellen sich hinsichtlich der Positionierung der Studienteilnehmer zum Roboter heraus. Die Sicherstellung einer ergonomischen Gestaltung der Roboterumgebung ist für physische Mensch-Roboter-Kollaboration entscheidend und wird zur Weiterentwicklung des Systems stärker berücksichtigt. Weiter wurde ein 3-Stufen-Zustimmschalter zur Absicherung der Roboterbewegungen verwendet, dieser fand allerdings wenig Anklang und wurde stark kritisiert. Für den zukünftigen Einsatz wird eine alternative Überwachung des direkten Arbeitsbereiches erarbeitet.
Die Industrie 5.0 fordert neue Lernansätze und zeitgleich auch passende Lernumgebungen. Parallel müssen diese neben den didaktischen Herausforderungen auch den Transfer- und Übertragungsgedanken auf die industriellen Anwendungen gerecht werden. Durch die täglich steigende Anzahl vielfältiger KI-Tools insbesondere textgenerierenden Tools, braucht es Systeme mit einem breiten Anwendungsbereich. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags geben die Autoren einen Einblick in die Wildauer Smart Production, welche den transdisziplinären Gedanken von Lern- und Transferumgebungen Rechnung trägt, Möglichkeiten der Gestaltung komplexer Produktionssysteme widerspiegelt, die Integration menschzentrierter Ansätze ermöglicht und als Forschungsumgebung eingesetzt wird.
Die internen Abläufe an Hochschulen folgen selten vordefinierten Regeln, sodass bei der Digitalisierung solcher Prozesse Standardlösungen vielfach nicht ausreichen. Für die Abbildung ehemals analoger Prozesse sind individuelle Softwarelösungen unabdingbar. In diesem Kapitel soll am Beispiel ausgewählter hochschulspezifischer Softwareanwendungen der Weg beschrieben werden, wie ein solcher Umbau im Rahmen bestehender Systeme vollzogen werden kann.
Im Fokus dieser Beschreibung stehen Softwareanwendungen, die sowohl die Verwaltungsprozesse rund um die Erstellung von Thesisarbeiten – beginnend mit der Anmeldung bis zur Abgabe der Arbeit, der Durchführung von Abschlussprüfungen bis zur Publikation der Thesisarbeiten – als auch Akkreditierungsprozesse an der TH Wildau unterstützen, mit denen Modulhandbücher und Logbücher erstellt werden, die die Entwicklung von Studiengängen zwischen den Reakkreditierungen transparent nachvollziehbar machen. Ein besonderes Augenmerk wird auf Schnittstellen anderer Hochschulprozesse gelegt.
Diese Anwendungen wurden mit agilen Methoden erstellt. Das Zusammenspiel von agiler Softwareentwicklung und entsprechenden Evaluationsschritten soll zeigen, wie diese Methoden an der Hochschule mit kleinen Teams effektiv eingesetzt werden können, um mit Blick auf die Verbesserung der Qualität und Einheitlichkeit von Studium und Lehre ein bestmögliches Optimierungspotenzial zu erreichen.
Hintergrund: Etablierte Protein- und Nukleinsäure-basierte Methoden für den spezifischen Pathogennachweis sind nur unter standardisierten Laborbedingungen von geschultem Personal durchführbar und daher mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. In der Nukleinsäure-basierten Diagnostik kann durch die Einführung der isothermalen Amplifikation eine schnelle und kostengünstige Alternative zur Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet werden. Die Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) bietet aufgrund der hohen Amplifikationseffizienz vielfältige Detektionsmöglichkeiten, die sowohl für Schnelltest- als auch für Monitoring-Anwendungen geeignet sind.
Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit war die Verbesserung der Anwendbarkeit der LAMP und die Entwicklung einer neuen Methode für den einfachen, schnellen und günstigen Nachweis von Pathogenen mittels alternativer DNA- oder Pyrophosphat-abhängiger Detektionsverfahren. Hier wurden zunächst direkte und indirekte Detektionsmethoden untersucht und darauf aufbauend ein Verfahren entwickelt, mit dem neue Metallionen-abhängige Fluoreszenzfarbstoffe für die selektive Detektion von Pyrophosphat in der LAMP und anderen enzymatischen Reaktionen identifiziert werden können. Als Alternative für die DNA-basierte Detektion in der digitalen LAMP sollten die zuvor etablierten Farbstoffe für den Pyrophosphatnachweis in einer Emulsion getestet werden. Abschließend wurde ein neuer Reaktionsmechanismus für die effiziente Generierung hochmolekularer DNA unter isothermalen Bedingungen als Alternative zur LAMP entwickelt.
Ergebnisse: Für den Nachweis RNA- und DNA-basierter Phythopathogene konnte die Echtzeit- und Endpunktdetektion mit verschiedenen Farbstoffen in einem geschlossenen System etabliert werden. Hier wurde Berberin als DNA-interkalierender Fluoreszenzfarbstoff mit vergleichbarer Sensitivität zu SYBR Green und EvaGreen erfolgreich in der LAMP mit Echtzeitdetektion eingesetzt. Ein Vorteil von Berberin gegenüber den anderen Farbstoffen ist die Toleranz der DNA-Polymerase auch bei hohen Farbstoffkonzentrationen. Berberin kann daher auch in der geschlossenen LAMP-Reaktion ohne zusätzliche Anpassung der Reaktionsbedingungen für die Endpunktdetektion verwendet werden. Darüber hinaus konnte Hydroxynaphtholblau (HNB), das für den kolorimetrischen Endpunktnachweis bekannt ist, erstmals auch für die fluorimetrische Detektion der LAMP in Echtzeit eingesetzt werden. Zusätzlich konnten in der Arbeit weitere Metallionen-abhängige Farbstoffe zur indirekten Detektion der LAMP über das Pyrophosphat identifiziert werden. Dafür wurde eine iterative Methode entwickelt, mit der potenzielle Farbstoffe hinsichtlich ihrer Enzymkompatibilität und ihrer spektralen Eigenschaften bei An- oder Abwesenheit von Manganionen selektiert werden können. Mithilfe eines kombinatorischen Screenings im Mikrotiterplattenformat konnte die komplexe Konzentrationsabhängigkeit zwischen den einzelnen Komponenten für einen fluorimetrischen Verdrängungsnachweis untersucht werden. Durch die Visualisierung des Signal-Rausch-Verhältnis’ als Intensitätsmatrix (heatmap) konnten zunächst Alizarinrot S und Tetrazyklin unter simulierten Reaktionsbedingungen selektiert werden. In der anschließenden enzymatischen LAMP-Reaktion konnte insbesondere Alizarinrot S als günstiger, nicht-toxischer und robuster Fluoreszenzfarbstoff identifiziert werden und zeigte eine Pyrophosphat-abhängige Zunahme der Fluoreszenzintensität. Die zuvor etablierten Farbstoffe (HNB, Calcein und Alizarinrot S) konnten anschließend erfolgreich für die indirekte, fluorimetrische Detektion von Pyrophosphat in einer LAMP-optimierten Emulsion eingesetzt werden. Die Stabilität und Homogenität der generierten Emulsion wurde durch den Zusatz des Emulgators Poloxamer 188 verbessert. Durch die fluoreszenzmikroskopische Analyse der Emulsion war eine eindeutige Diskriminierung der positiven und negativen Tröpfchen vor allem bei Einsatz von Calcein und Alizarinrot S möglich. Aufgrund des komplexen Primer-Designs und der hohen Wahrscheinlichkeit unspezifischer Amplifikation in der LAMP wurde eine neue Bst DNA-Polymerase-abhängige isothermale Amplifikationsreaktion entwickelt. Durch die Integration einer spezifischen Linkerstruktur (abasische Stelle oder Hexaethylenglykol) zwischen zwei Primersequenzen konnte ein bifunktioneller Primer die effiziente Regenerierung der Primerbindungsstellen gewährleisten. Der neue Primer induziert nach der spezifischen Hybridisierung auf dem Templat die Rückfaltung zu einer Haarnadelstruktur und blockiert gleichzeitig die Polymeraseaktivität am Gegenstrang, wodurch eine autozyklische Amplifikation trotz konstanter Reaktionstemperatur möglich ist. Die Effizienz der „Hinge-initiated Primer dependent Amplification“ (HIP) konnte abschließend durch die Verkürzung der Distanz zwischen einem modifizierten Hinge-Primer und einem PCR-ähnlichen Primer verbessert werden.
Schlussfolgerung: Die LAMP hat sich aufgrund der hohen Robustheit und Effizienz zu einer leistungsfähigen Alternative für die klassische PCR in der molekularbiologischen Diagnostik entwickelt. Unterschiedliche Detektionsverfahren verbessern die Leistungsfähigkeit der qualitativen und quantitativen LAMP für die Feldanwendungen und für die Diagnostik, da die neuen DNA- und Pyrophosphat-abhängigen Nachweismethoden in einer geschlossenen Reaktion eingesetzt werden können und so eine einfache Pathogendiagnostik ermöglichen. Die gezeigten Methoden können darüber hinaus zu einer Kostensenkung und Zeitersparnis gegenüber den herkömmlichen Methoden beitragen. Ein attraktives Ziel stellt die Weiterentwicklung der HIP für den Pathogennachweis als Alternative zur LAMP dar. Hierbei können die neuen LAMP-Detektionsverfahren ebenfalls Anwendung finden. Die Verwendung von Bst DNA-Polymerase-abhängigen Reaktionen ermöglicht darüber hinaus die Integration einer robusten isothermalen Amplifikation in mikrofluidische Systeme. Durch die Kombination der Probenvorbereitung, Amplifikation und Detektion sind zukünftige Anwendungen mit kurzer Analysezeit und geringem apparativen Aufwand insbesondere in der Pathogendiagnostik möglich.
Ziel dieser Arbeit war die Erhöhung der Temperaturtoleranz des Cyanobakteriums Synechocystis sp. PCC 6803 mittels ungerichteter Mutagenese und adaptiver Evolution. Trotz des erneuten Interesses an Cyanobakterien und Mikroalgen in den letzten Jahren, gibt es nur relativ wenige aktuelle Studien zum Einsatz dieser Methoden an Cyanobakterien. Zur Analyse eines mittels Mutagenese erzeugten Gemischs an Stämmen, ist es von großem Vorteil Hochdurchsatz-Methoden zur Kultivierung und zum Screening einsetzen zu können. Auf Basis eines Pipettierroboters wurde solch eine Plattform für phototrophe Mikroorganismen neu entwickelt und folgend stetig verbessert. Die Kultivierung erfolgt in 2,2ml Deepwell-Mikrotiterplatten innerhalb einer speziell angefertigten Kultivierungskammer. Schüttelbedingungen, Beleuchtung, Temperatur und CO2-Atmosphäre sind hierbei vollständig einstellbar.Die Plattform erlaubt semi-kontinuierliche Kultivierungen mit automatisierten Verdünnungen von hunderten Kulturen gleichzeitig. Automatisierte Messungen des Wachstums, des Absorptionsspektrums, der Chlorophyllkonzentration, MALDI-TOF-MS sowie eines neu entwickelten Vitalitätsassays wurden etabliert. Für die Mutagenese wurden die Letalität- und die nicht-letale Punktmutationsrate von ultravioletter Strahlung und Methylmethansulfonat für Synechocystis charakterisiert. Synechocystis wurde mit den so ermittelten optimalen Dosen mehrfach behandelt und anschließend einer in vivo Selektion unterzogen. Somit wurde dessen Temperaturtoleranz um bis zu 3°C erhöht. Über die Screeningplattform wurden die thermotolerantesten monoklonalen Stämme identifiziert. Nach einer Validierung wurde das vollständige Genom der Stämme sequenziert. Hierdurch wurden erstmals Mutationen in verschiedenen Genen mit der Langzeittemperaturtoleranz von Synechocystis in Verbindung gebracht. Bei einigen dieser Gene ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie mittels anderer Verfahren hätten identifiziert werden können.
Das ASTONRail-Handbook ist eine webbasierte, interaktive Informationssammlung für künftige Nachwuchskräfte der Eisenbahnbranche und Lehrende in der eisenbahnrelevanten Hochschulbildung. Es soll u.a. die Suche nach passenden Studienmöglichkeiten erleichtern und Anregungen für eine modernere Hochschulbildung im Eisenbahnsektor bieten. Es ist einfach zu bedienen und um weitere Funktionen erweiterbar.
Das Ziel des Projekts ist, den Zustand der Haut von Neurodermitis-Patienten bei verschiedenen Bedingungen und Belastungszuständen erfassen zu können. Dazu wurde ein Prototyp gefertigt, in den ein Mikrosensor zur Bestimmung der Umgebungsfeuchtigkeit, ein Controller mit Bluetooth zur Datenübertragung, sowie ein Lithium-Akku zur Energieversorgung verbaut wurden.