Abschlussarbeiten an der Westfälischen Hochschule
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Diese Bachelorarbeit erforscht die Einbindung öffentlich zugänglicher künstlicher Intelligenz (KI)-Tools in den Prozess bionischer Innovationen mit dem Ziel, einen sowohl effektiveren als auch einfallsreicheren Ansatz zur Implementierung biologischer Prinzipien in technische Lösungen zu schaffen. Vier Large Language Models – GPT-4.o, Gemini 2.0, Llama 3.3 und Claude 3.5 – werden anhand der Quality, Understandability, Expertise, Safety, and Trust (QUEST)-Methode (basierend auf der Bionikspirale gemäß VDI 6220 Blatt 2) bewertet, wobei Gemini 2.0 die beste Leistung erbringt. In einem prototypischen Versuch wird Gemini 2.0 in Kombination mit NotebookLM und Elicit genutzt, um die Filtrationsmechanismen aquatischer Organismen zu untersuchen. Die Resultate offenbaren, dass KI-Werkzeuge die Effizienz der Literaturrecherche und -analyse steigern und systematisieren. Außerdem werden neuartige Entwürfe für bionische Filtersysteme vorgeschlagen. Die Arbeit hebt die Möglichkeiten von KI-Instrumenten in der Bionik hervor, betont jedoch die zwingende Notwendigkeit menschlichen Fachwissens zur Interpretation, Validierung und Ableitung technischer Konzepte. Grenzen werden durch die eingeschränkte Fähigkeit der KI zur Schaffung biologischer Analogien und das Fehlen standardisierter Schnittstellen bestimmt.
In dieser Arbeit wird der Einsatz von Dark LLMs zur Durchführung von OSINT-Recherchen im Rahmen der polizeilichen Gefahrenabwehr und Strafverfolgung in Nordrhein-Westfalen analysiert. Hierfür wird zunächst eine erste wissenschaftliche Definition des Begriffs Dark LLM erstellt. Anschließend werden relevante Dark LLMs vorgestellt, auf deren Gefahren aufmerksam gemacht und geeignete Gegenmaßnahmen erörtert. Danach erfolgt eine rechtliche Einordnung anhand mehrerer Gesetzestexte. Dann wird eine prototypische Entwicklung eines LLMs durchgeführt, welches für OSINT-Recherchen eingesetzt werden kann. Die rechtliche Analyse und die technische Implementierung ergeben, dass der Einsatz eines Dark LLMs in der polizeilichen Arbeit unzulässig ist. Zudem wird ein polizeiliches LLM nach der KI-Verordnung sowohl als Hochrisiko-KI-System als auch als KI-Modell mit allgemeinem Verwendungszweck eingestuft, wodurch sich etliche Pflichten ergeben, die ein LLM in ihrer Funktion einschränken. Trotz dieser Einschränkungen ist ein Einsatz eines solchen LLMs sinnvoll, denn dieses kann viele OSINT-Informationen sekundenschnell zu einer gebündelten Antwort zusammenfassen, was die polizeiliche Arbeit erheblich erleichtert. Durch allgemeines OSINT-Training und die Anbindung weiterer OSINT-Quellen kann die Qualität der Antwort deutlich verbessert werden.
Um CO2-frei, mit erneuerbaren Technologien, Energie umzuwandeln, zu speichern und Wasserstoff zu produzieren, bedarf es einer Technologie, welche zu hoher Leistungsdichte, Flexibilität und Effizienz fähig ist. Die Polymerelektrolytmembran-(PEM) Wasser-Elektrolyse besitzt das Potential alle diese Attribute in sich zu vereinen, weswegen sie eine Schlüsseltechnologie bei dem Umstieg auf erneuerbare Energien darstellt. Die aktuellen hohen Beladungen der Elektroden mit Katalysatormaterial für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) wie Iridium und die bisher noch ungenügend erforschten Alterungsmechanismen dieser über eine längere Nutzdauer, sind bisher die größten Herausforderungen für die großflächige industrielle Nutzung dieser Systeme. Mit diesem Hintergrund stellt sich diese Arbeit der Herausforderung die untersuchten PEM-Anoden mit reduzierter Beladung, hinsichtlich ihrer Stabilität und Alterungsmechanismen zu charakterisieren und den ersten Schritt in Richtung eines Degradationsprotokolls zu machen, um solche Elektroden künftig zu untersuchen. In der vorgegangenen Arbeit, aus welcher die hier untersuchten Proben stammen, wurden Elektroden hergestellt, indem auf ein Titansubstrat eine Supportschicht mit unterstöchiometrischem Titanoxid eingesintert wurde, auf welchem wiederum das Iridium galvanisch gepulst abgeschieden wurde. Die Beladung mit Katalysatormaterial war hier geringer als der der Stand der Technik, doch die katalytische Aktivität wurde durch die optimierte Elektrodenarchitektur erhöht. In dieser Arbeit wurden die Elektroden einem elektrochemischen Degradationsprotokoll unterzogen, welches sich aus Cyclovoltametrie (CV) gefolgt von Chronopotentiometrie (CP) und Chronoamperometrie, mit wechselnden Potentialen, zusammensetzt. Der dabei verwendete Elektrolyt wurde ebenfalls durch Filtration und Titration auf Zerfallsprodukte der Elektroden hin untersucht. Nach erfolgter Degradation wurden die Elektroden auf topografische Änderungen, mittels Rasterelektronenmikroskop (REM), Änderungen der Kristallinität, mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) und Änderungen der Elementenkonzentration durch Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF) hin untersucht.
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Titanträgerlage, die anschließend als Supportstruktur für den Anodenkatalysator eines PEM-Elektrolyseurs genutzt werden soll, sowie mit der Parametrisierung der hierfür genutzten Lasersinteranlage.
Dafür wird 1 mg cm-2 unterstöchiometrisches Titanoxid (TiOx) auf eine poröse Titantransportschicht gesprüht und anschließend mit einem gepulsten Laser in Argonatmosphäre gesintert, um beide Materialien zu verbinden und die Oberfläche gezielt verändern zu können. Da die benötigte Menge des unterstöchiometrischen TiOx-Pulvers nicht abschätzbar war, wurden die Arbeiten mit kommerziell verfügbarem Titandioxid-(TiOx) Pulver durchgeführt.
Im ersten Schritt wurde ein bestehender Sprühprozess optimiert. Der Fokus lag dabei auf einem gleichmäßigen Sprühergebnis und dem reproduzierbaren Erreichen einer vorgegebenen Beladung. Die Optimierung wurde auf Titanblech und auf porösen Titansubstraten durchgeführt.
Anschließend wurde das verwendetet Lasersystem, das einen luftgekühlten Neodymdotierten Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG)-Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von 355 nm nutzt, parametrisiert. Das Erreichen der Bearbeitungsschwelle und die maximalen Spotgrößen bei verschiedenen Diodenströmen wurden untersucht. Anschließend wurde die Frequenz erhöht, dies führte zu geringeren Einzelpulsenergien und daher zu neuen Bearbeitungsschwellen bei den unterschiedlichen Diodenströmen. Die Variierung des Vorschubs führt zu einer Änderung der eingebrachten Energie pro Fläche und wirkt sich direkt auf die Sinterdauer aus. Als letztes wurde der Einfluss des Linienabstandes untersucht. Wenn der Linienabstand unterhalb des Wertes gehalten wird, ab dem eine streifenfreie Oberfläche entsteht, wirkt die Verkleinerung des Linienabstandes wie die Verringerung des Vorschubs.
Um grünen Wasserstoff effizient als Energieträger nutzen zu können, ist die Entwicklung von haltbaren und aktiven Katalysatorschichten für Brennstoffzellen und Elektrolyseuren von äußerster Wichtigkeit. Eine große Herausforderung ist, dass konventionelle C/Pt-Katalysatoren eine starke Korrosionsreaktion durchlaufen und mit hohen Kosten verknüpft sind. Weswegen alternative Kohlenstoffträger wie Kohlenstoffnanofaser-Materialien entwickelt wurden, welche eine längere Haltbarkeit aufweisen können. In dieser Arbeit wurde die Aufbringung von Pt- und Ir-Nanopartikeln auf gesponnene Kohlenstoffnanofaser-Vliese untersucht. Es wurden erstmals in einer Flüssigkeit laserablatierte Pt-Nanoartikel mit einem PAN-Vlies versponnen oder in einem zweiten Syntheseverfahren auf ein Vlies aufgesprüht. Diese Methoden wurden mit der gepulsten galvanischen Abscheidung von Pt auf einem PAN-Vlies verglichen. Die Vliese wurden bezüglich ihres Graphitisierungsgrades, ihrer Partikelverteilung und ihrer Beständigkeit untersucht, einschließlich des Einflusses der Karbonisierungstemperatur. Die Raman- und XRF-Messungen ergaben eine Erhöhung des Graphitisierungsgrades und eine Abnahme der PAN-Reste mit dem Anstieg der Karbonisierungstemperatur. Elektrochemische Messungen und REM-Aufnahmen bestätigten die erfolgreiche Synthese von langzeitstabilen CNF-Vliesen mit einer hohen massenspezifischen aktiven Platinoberfläche und einer guten Nanopartikelverteilung. Diese Ergebnisse tragen zur Entwicklung von ökologischen und ökonomischen Katalysatorschichten bei.
Durch den digitalen Wandel haben Kommunen neue Entwicklungsmöglichkeiten im Bereich der Smart City. Diese Arbeit stellt eine Übersicht darüber dar, wie mithilfe von IoT, Big Data, Datenbanken, Digitalen Zwillingen und weiteren Technologien, eine Mikroklima-Analyse und Steuerung ermöglicht werden kann.
Die Digitalisierung bietet Kommunen und Unternehmen neue Gestaltungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Prozesse der Daseinsvorsorge. In dieser Arbeit wird ein Fokus auf die Müllentsorgung gelegt. Basierend auf der Übertragungstechnologie "LoRaWAN" soll mithilfe von Algorithmen ein Konzept ausgearbeitet werden, dass die Müllentsorgung erleichtert.
Im Vorfeld wird geprüft, welche Konzepte andere Städte bereits vorweisen, um dann im Anschluss ein Konzept für die Stadt Gelsenkirchen zu entwickeln. Unter Verwendung der Graphentheorie sollen die kürzesten Wege gefunden werden, um diese mit Methoden der Statistik zu erweitern. Dies soll eine Möglichkeit bieten, bereits im Vorfeld Prognosen über Füllstände zu ermöglichen.
Die Kommunikation zwischen Handel und Kunden hat in den letzten Jahren einen deutlichen Wandel durch den Einfluss der digitalen Medien erfahren. Viele Händler fühlen sich von diesem Wandel bedroht und sehen noch nicht das ganzheitliche Potential, welches mit dieser grundlegenden digitalen Veränderung einhergeht. Gerade für den stationären Handel wird es zunehmend wichtiger, die Kommunikationsstrategie neu auszurichten und zu definieren. Sie erfahren einen zunehmenden Druck durch das starke Angebot von Händlern im Internet. Deshalb ist es für die stationär Ansässigen von extremer Wichtigkeit, ihre bisherigen Strategien der Kommunikation zum Kunden zu überdenken. Heutzutage sind diese vorwiegend digital unterwegs und erwarten von Händlern, von diesen auf Augenhöhe angesprochen zu werden. 90% der Menschen, welche heutzutage „online sind“, nutzen soziale Medien1. Die Nutzungszeiten der digitalen Medien steigen stetig weiter an und Händler versuchen dennoch, ihre Kunden ausschließlich über analoge/klassische Medien zu erreichen. Besonders der Bereich des Social-Media-Marketings eröffnet dem stationären Handel neue Optionen zur Kundenakquise und Kundenbindung. Durch auf den Kunden ausgelegte Inhalte, ist es möglich eine Beziehung aufzubauen, welche im Endeffekt zu Loyalität auf Kundenseite führen können. Marketing-Maßnahmen in den sozialen Medien bieten die Möglichkeit, kostengünstig und zielgruppenkonform zu werben und schaffen bei richtiger Anwendung Vertrauen und Interesse beim Kunden. Ebenfalls ist die Google-Optimierung ein wesentlicher Faktor, welcher die Kaufentscheidung positiv beeinflussen kann, da eine Recherche vor dem eigentlichen Einkaufen stattfindet. Deshalb sind Kontrolle und Steuerung der zu findenden Informationen über das eigene Unternehmen von großer Bedeutung.
Autonomy and self-determination are fundamental aspects of living in our society. Supporting people for whom this freedom is limited due to physical impairments is the fundamental goal of this thesis. Especially for people who are paralyzed, even working at a desk job is often not feasible. Therefore, in this thesis a prototype of a robot assembly workstation was constructed that utilizes a modern Augmented Reality (AR)-Head-Mounted Display (HMD) to control a robotic arm. Through the use of object pose recognition, the objects in the working environment are detected and this information is used to display different visual cues at the robotic arm or in its vicinity. Providing the users with additional depth information and helping them determine object relations, which are often not easily discernible from a fixed perspective.
To achieve this a hands-free AR-based robot-control scheme was developed, which uses speech and head-movement for interaction. Additionally, multiple advanced visual cues were designed that utilize object pose detection for spatial-visual support. The pose recognition system is adapted from state-of-the-art research in computer vision to allow the detection of arbitrary objects with no regard for texture or shape.
Two evaluations were performed, a small user study that excluded the object recognition, which confirms the general usability of the system and gives an impression on its performance. The participants were able to perform difficult pick and place tasks with a high success rate. Secondly, a technical evaluation of the object recognition system was conducted, which revealed an adequate prediction precision, but is too unreliable for real-world scenarios as the prediction quality is highly variable and depends on object orientations and occlusion.

