2024-03-29T05:59:25Zhttps://publikationen.sulb.uni-saarland.de/oai/requestoai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/223722019-01-10T07:43:18Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Verbesserung der Ausbildung in der Mikrosystemtechnik — virtuelle Labore bereiten auf die Herstellung realer Drucksensoren vor
Improvement of the education in micro system technology — virtual technology laboratories prepare for the hands-on manufacturing of pressure sensors
Merten, Sabine
Schütze, Andreas
ddc:600
Mikrosystemtechnik
Virtuelles Laboratorium
Lernprogramm
Hochschule / Lehre / Evaluation
Computersimulation
Drucksensor
Blended-Learning
Reinraumpraktikum
blended learning
hands-on cleanroom training
Die Ausbildung in Hochtechnologien wie beispielsweise der Mikrosystemtechnik ist oft durch einen hohen Grad an Komplexität charakterisiert. Damit verbunden sind hohe Kosten für die Errichtung und den Betrieb der speziellen Laborräume und ihre häufig geringe Verfügbarkeit für die Studierenden. Zukünftige Ingenieure sammeln während ihrer Ausbildung aus diesen Gründen nur in beschränktem Umfang praktische Erfahrungen. Die Industrie hingegen fordert Personal mit hoher fachlicher Kompetenz, also fundiertem theoretischen Wissen und umfangreichen praktischen Kenntnissen. Dieser Diskrepanz — qualifizierte Ingenieure auf der einen Seite und eine eher theoretisch ausgerichtete Ausbildung auf der anderen Seite — wird mit einem neuen Blended-Learning-Konzept für MST-Technologiepraktika begegnet. Lernende werden über ein virtuelles Labor, das einen echten Reinraum mit realen Anlagen simuliert, intensiv auf reale Laborpraktika vorbereitet. Dabei geht es im virtuellen Labor gleichermaßen um die Vermittlung von Theorie und Praxis. Nur trainierte Teilnehmer mit einer intensiven Vorbereitung sind in der Lage, relativ eigenständig ein echtes MST-Bauteil innerhalb des anschließenden einwöchigen Laborkurses zu fertigen. Die Wirksamkeit des Konzeptes und die Steigerung des Lernerfolges durch die kombinierten virtuellen und realen Laborkurse wurden im Rahmen der Dissertation begleitend untersucht. Die Ergebnisse flossen direkt in die Weiterentwicklung der Technologiepraktika ein. Die Konzepte und Erkenntnisse sind zudem sehr interessant für die Entwicklung von Blended-Learning-Angeboten in ähnlichen oder anderen Fachgebieten sowie für weitere Bildungseinrichtungen.
Education in high technologies, like e.g. Microsystems technology, is usually characterized by a high degree of complexity. In addition it is usually connected with large economic efforts for invest, operation and maintenance of the special laboratory facilities. The access to such facilities for educational purposes is often quite limited. Therefore engineering students rather rarely gather practical experience in such technologies during their university studies. In contrast, industry has a large demand for engineers with high professional competence, i.e. profound theoretical knowledge combined with substantial practical experience. The newly developed blended learning concept for MST laboratory training tries to bridge the gap between the need for qualified engineers and the more theoretical university education. The learners prepare intensively for real hands-on clean room trainings with a virtual technology laboratory, i.e. a computer simulation of the clean room machines and the corresponding processes. In the virtual technology laboratory the students brush up their theoretical knowledge and at the same time learn to operate the complex clean room machines. Only well trained and intensively prepared students are capable to produce a fully functional MST component within a compact clean room laboratory course of only one week duration and an only modest amount of supervision. The effectivity of this concept and the increase of the learning success due to the specific mixture of virtual and real laboratory sessions has been accompanied and analysed by this dissertation. The results have been used to further improve the laboratory courses. Concepts and results are also very attractive for comparable blended learning proposals in other technical disciplines.
2005-12-22
2017-07-12T07:25:13Z
2005-12-22
2005
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-4838
hdl:20.500.11880/22372
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22316
ger
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/227272019-01-10T07:43:20Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Subband beamforming with higher order statistics for distant speech recognition
Beamformingmethode mit Higher-Order Statistics zur Spracherkennung auf Entfernung
Kumatani, Kenichi
Klakow, Dietrich
ddc:600
Automatische Spracherkennung
Sprachsignal
Mikrophon
Beamformer
beamforming
microphone array
speech recognition
This dissertation presents novel beamforming methods for distant speech recognition (DSR). Such techniques can relieve users from the necessity of putting on close talking microphones. DSR systems are useful in many applications such as humanoid robots, voice control systems for automobiles, automatic meeting transcription systems and so on. A main problem in DSR is that recognition performance is seriously degraded when a speaker is far from the microphones. In order to avoid the degradation, noise and reverberation should be removed from signals received with the microphones. Acoustic beamforming techniques have a potential to enhance speech from the far field with little distortion since they can maintain a distortionless constraint for a look direction. In beamforming, multiple signals propagating from a position are captured with multiple microphones. Typical conventional beamformers then adjust their weights so as to minimize the variance of their own outputs subject to a distortionless constraint in a look direction. The variance is the average of the second power (square) of the beamformer's outputs. Accordingly, it is considered that the conventional beamformer uses second orderstatistics (SOS) of the beamformer's outputs. The conventional beamforming techniques can effectively place a null on any source of interference. However, the desired signal is also canceled in reverberant environments, which is known as the signal cancellation problem. To avoid that problem, many algorithms have been developed. However, none of the algorithms can essentially solve the signal cancellation problem in reverberant environments. While many efforts have been made in order to overcome the signal cancellation problem in the field of acoustic beamforming, researchers have addressed another research issue with the microphone array, that is, blind source separation (BSS) [1]. The BSS techniques aim at separating sources from the mixture of signals without information about the geometry of the microphone array and positions of sources. It is achieved by multiplying an un-mixing matrix with input signals. The un-mixing matrix is constructed so that the outputs are stochastically independent. Measuring the stochastic independence of the signals is based on the theory of the independent component analysis (ICA) [1]. The field of ICA is based on the fact that distributions of information-bearing signals are not Gaussian and distributions of sums of various signals are close to Gaussian. There are two popular criteria for measuring the degree of the non-Gaussianity, namely, kurtosis and negentropy. As described in detail in this thesis, both criteria use more than the second moment. Accordingly, it is referred to as higher order statistics (HOS) in contrast to SOS. HOS is not considered in the field of acoustic beamforming well although Arai et al. showed the similarity between acoustic beamforming and BSS [2]. This thesis investigates new beamforming algorithms which take into consideration higher-order statistics (HOS). The new beamforming methods adjust the beamformer's weights based on one of the following criteria:
• minimum mutual information of the two beamformer's outputs,
• maximum negentropy of the beamformer's outputs and
• maximum kurtosis of the beamformer's outputs.
Those algorithms do not suffer from the signal cancellation, which is shown in this thesis. Notice that the new beamforming techniques can keep the distortionless constraint for the direction of interest in contrast to the BSS algorithms. The effectiveness of the new techniques is finally demonstrated through a series of distant automatic speech recognition experiments on real data recorded with real sensors unlike other work where signals artificially convolved with measured impulse responses are considered. Significant improvements are achieved by the beamforming algorithms proposed here.
Diese Dissertation präsentiert neue Methoden zur Spracherkennung auf Entfernung. Mit diesen Methoden ist es möglich auf Nahbesprechungsmikrofone zu verzichten. Spracherkennungssysteme, die auf Nahbesprechungsmikrofone verzichten, sind in vielen Anwendungen nützlich, wie zum Beispiel bei Humanoiden-Robotern, in Voice Control Systemen für Autos oder bei automatischen Transcriptionssystemen von Meetings. Ein Hauptproblem in der Spracherkennung auf Entfernung ist, dass mit zunehmendem Abstand zwischen Sprecher und Mikrofon, die Genauigkeit der Spracherkennung stark abnimmt. Aus diesem Grund ist es elementar die Störungen, nämlich Hintergrundgeräusche, Hall und Echo, aus den Mikrofonsignalen herauszurechnen. Durch den Einsatz von mehreren Mikrofonen ist eine räumliche Trennung des Nutzsignals von den Störungen möglich. Diese Methode wird als akustisches Beamformen bezeichnet. Konventionelle akustische Beamformer passen ihre Gewichte so an, dass die Varianz des Ausgangssignals minimiert wird, wobei das Signal in "Blickrichtung" die Bedingung der Verzerrungsfreiheit erfüllen muss. Die Varianz ist definiert als das quadratische Mittel des Ausgangssignals.Somit werden bei konventionellen Beamformingmethoden Second-Order Statistics (SOS) des Ausgangssignals verwendet. Konventionelle Beamformer können Störquellen effizient unterdrücken, aber leider auch das Nutzsignal. Diese unerwünschte Unterdrückung des Nutzsignals wird im Englischen signal cancellation genannt und es wurden bereits viele Algorithmen entwickelt um dies zu vermeiden. Keiner dieser Algorithmen, jedoch, funktioniert effektiv in verhallter Umgebung. Eine weitere Methode das Nutzsignal von den Störungen zu trennen, diesesmal jedoch ohne die geometrische Information zu nutzen, wird Blind Source Separation (BSS) [1] genannt. Hierbei wird eine Matrixmultiplikation mit dem Eingangssignal durchgeführt. Die Matrix muss so konstruiert werden, dass die Ausgangssignale statistisch unabhängig voneinander sind. Die statistische Unabhängigkeit wird mit der Theorie der Independent Component Analysis (ICA) gemessen [1]. Die ICA nimmt an, dass informationstragende Signale, wie z.B. Sprache, nicht gaußverteilt sind, wohingegen die Summe der Signale, z.B. das Hintergrundrauschen, gaußverteilt sind. Es gibt zwei gängige Arten um den Grad der Nichtgaußverteilung zu bestimmen, Kurtosis und Negentropy. Wie in dieser Arbeit beschrieben, werden hierbei höhere Momente als das zweite verwendet und somit werden diese Methoden als Higher-Order Statistics (HOS) bezeichnet. Obwohl Arai et al. zeigten, dass sich Beamforming und BSS ähnlich sind, werden HOS beim akustischen Beamforming bisher nicht verwendet [2] und beruhen weiterhin auf SOS. In der hier vorliegenden Dissertation werden neue Beamformingalgorithmen entwickelt und evaluiert, die auf HOS basieren. Die neuen Beamformingmethoden passen ihre Gewichte anhand eines der folgenden Kriterien an:
• Minimum Mutual Information zweier Beamformer Ausgangssignale
• Maximum Negentropy der Beamformer Ausgangssignale und
• Maximum Kurtosis der Beamformer Ausgangssignale.
Es wird anhand von Spracherkennerexperimenten (gemessen in Wortfehlerrate) gezeigt, dass die hier entwickelten Beamformingtechniken auch erfolgreich Störquellen in verhallten Umgebungen unterdrücken, was ein klarer Vorteil gegenüber den herkömmlichen Methoden ist.
2010-10-27
2017-07-12T07:27:01Z
2010-10-27
2010
2010-10-27
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-33890
hdl:20.500.11880/22727
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22671
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/229192019-01-10T07:43:19Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Adaptive model order reduction techniques for the broadband finite element simulation of electromagnetic structures
Adaptive Verfahren der Modellordnungsreduktion für die breitbandige Finite-Elemente-Simulation elektromagnetischer Strukturen
Schultschik, Alwin
Dyczij-Edlinger, Romanus
ddc:600
Theoretische Elektrotechnik
Ordnungsreduktion
Krylov-Verfahren
Finite-Elemente-Methode
Systemtheorie
Elektromagnetismus
MOR
WCAWE
breitbandige Simulation
Systeme höherer Ordnung
computational electromagnetics
model order reduction
WCAWE
broadband simulation
higher order system
Model order reduction methods provide a powerful means for the broadband simulation of passive microwave devices. In particular projection-based moment matching methods are well-suited for the reduction of sparse finite element systems. However, for real-world problems, where high-dimensional systems of linear equations are assembled and a large number of excitations is considered in the right-hand side, the projection matrix may fill the main memory and render the process inefficient. In this thesis, techniques were developed which, as a result of reduced memory requirements, make model order reduction applicable to a large set of real-world problem simulations. A new adaptive multi-point reduction method is introduced whose core is an incremental error measure. For the proposed single-point method, which is based on the well-conditioned asymptotic waveform evaluation, memory requirements are reduced by means of a block algorithm, whose moment matching properties are proven in this thesis. Memory swapping mechanisms for both approaches keep the main memory requirements for the projection matrix at a constant low level during the computations. This thesis also includes an adaptive multi-point method for the broadband finite element simulation of waveguide problems and a broadband sensitivity analysis technique.
Verfahren der Modellordnungsreduktion stellen einen leistungsfähigen Ansatz für die breitbandige Simulation passiver Mikrowellenkomponenten dar. Insbesondere projektionsbasierte, momentenabgleichende Methoden eignen sich für die Reduktion der schwach besetzten Finite-Elemente Systeme. In praxisrelevanten Problemstellungen hingegen, bei denen hochdimensionale Gleichungssysteme assembliert werden und eine große Anzahl Anregungen in der rechten Seite berücksichtigt werden, kann die Projektionsmatrix den Arbeitsspeicher füllen und der Prozess ineffizient werden. In dieser Dissertation werden Algorithmen entwickelt, die aufgrund des reduzierten Speicherbedarfs Reduktionsverfahren auf eine große Auswahl praxisrelevanter Simulationen anwendbar machen. Ein neues Mehrpunktverfahren wird eingeführt, dessen Kern ein inkrementelles Fehlermaß ist. Für das entwickelte Einpunktverfahren, welches auf der Well-Conditioned Asymptotic Waveform Evaluation basiert, wurde der Speicheraufwand mit Hilfe eines Blockalgorithmus reduziert, dessen momentenabgleichenden Eigenschaften in dieser Dissertation bewiesen werden. Datenauslagerungsmechanismen für beide Ansätze halten den Arbeitsspeicherbedarf für die Projektionsmatrix während der Berechnung konstant niedrig. Diese Arbeit beinhaltet des Weiteren ein adaptives Mehrpunktverfahren für die breitbandige Finite-Elemente-Simulation von Wellenleiterproblemen und ein Verfahren zur breitbandigen Sensitivitätsanalyse.
2013-03-13
2017-07-12T07:28:09Z
2013-03-13
2012
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-50970
hdl:20.500.11880/22919
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22863
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/229232019-01-10T07:43:19Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Ein Beitrag zur zellularen Bauweise von Implantatwerkstoffen nach dem Vorbild der Natur
Hartmann, Michael
Diebels, Stefan
ddc:600
Implantatwerkstoff
Bionik
Materialermüdung
Vielzellwerkstoff
Medizintechnik
Biofunktionalität
Biokompatibilität
bionic
fatigue
cellular material
implant material
An die Implantatwerkstoffe in der Medizintechnik werden hohe Anforderungen hinsichtlich Biofunktionalität und Biokompatibilität gestellt. Zur Erfüllung dieser Eigenschaften bestehen viele Implantatwerkstoffe aus einem homogenen Vollmaterial. Die Verwendung zu steifer oder zu weicher Werkstoffe führt jedoch zu einer Veränderung des Lastpfades und somit zu einem, durch "Stress-Shielding“ hervorgerufenen adaptiven Knochenumbauprozess. Hierdurch kann es zum Versagen des Implantats oder zur Schädigung angrenzender Bereiche kommen. Um ein Versagen durch Steifigkeitsunterschiede zu vermeiden, wird in dieser Arbeit ein pulvermetallurgisch hergestellter, bionischer Titanschaum mit knochenähnlicher Struktur und knochenähnlichen Eigenschaften erforscht. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens unter statischer und zyklischer Belastung. Weiterhin werden die Einflüsse explizit gewählter Parameter (z. B. Porosität, Porengröße) auf das Werkstoffverhalten herausgearbeitet und die Einsatzmöglichkeiten am Beispiel eines Bandscheibenimplantats bewertet. Auf der theoretischen Seite wird eine Berechnungsroutine vorgestellt, welche die Lebensdauervorhersage für den zellularen Werkstoff mittels der Finite Elemente Methode ermöglicht. Aus den Simulationsergebnissen und den experimentellen Daten werden anschließend erste Materialparameter über Parameteridentifikation abgeleitet. Zum Abschluss werden Möglichkeiten zur Beschreibung knochenähnlicher Strukturen diskutiert.
Implant materials of the medical sector have to fulfil high requirements with regard to the biofunctionalitiy and biocompatibility. Almost all implant materials used to date, consist of a compact and homogeneous material. However, the use of to rigid or to soft materials leads to a change of the load, which causes an adaptive bone change process due to ”Stress Shielding“. This may lead to the failure of the implant or to the damage of adjacent areas. In order to avoid a failure due to stiffness differences, a new bionic lightweight powdermetalurgical manufactured material with bonesimilar structure and bone-similar characteristics is investigated in this work. The scope of the research work is the characterization of the mechanical behaviour with tension, compression and fatigue tests. Furthermore the influence of explicit defined parameters (e. g. grain size, porosity) to the mechanical behaviour will be investigated. In addition to this, the planed usage of this material for intervertebral disc applications is considered. On the theoretical side, a new routine for the numerical fatigue-life analysis of the cellular foam using the Finite-Element-Method is presented in this thesis. Subsequently the routine is implemented in a common finite-element-code and the first material parameters are determined by parameter identification using experiments and simulation results. In addition, possibilities for the mechanical characterization of bone similar structures are discussed.
2013-03-26
2017-07-12T07:28:10Z
2013-03-26
2012
doc-type:doctoralThesis
978-3-8440-1708-3
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-52009
hdl:20.500.11880/22923
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22867
ger
Saarbrücker Reihe Materialwissenschaft und Werkstofftechnik;38
openAccess
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/229432019-01-10T07:43:19Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Bimodal microstructure and fatigue properties of nanocrystalline and ultrafine grained nickel
Qian, Tao
Vehoff, Horst
ddc:600
Werkstoffkunde
Materialermüdung
Metallischer Werkstoff
materials science
fatigue
metallurgy
The nanocrystalline (NC) and ultrafine grained (UFG) materials show very high strength but low ductility. In this work bimodal microstructures are developed by introducing larger grains into the finer grained matrix, to combine high strength and considerably high ductility at the same time.
Different bimodal microstructures are developed by heat treatment of the PED NC nickel and the ECAP UFG nickel. The grain growth kinetics is quantitatively analyzed using the JMAK model and the Burke and Turnbull model for the PED nickel. However, the annealing phenomena for the ECAP UFG nickel are difficult to be described quantitatively due to the initial severe plastic deformed state and are only qualitatively analyzed.
Microhardness measurement and tensile tests show that the finer grains provide the strength and the coarser grains ensure the ductility in the bimodal microstructures. The fatigue behavior and crack growth resistance is systematically investigated for the different microstructures. The microcracks introduced by focus ion beam propagate during the fatigue experiments and induce the ultimate fracture for the PED NC, NC/UFG and UFG nickel. Among them the bimodal NC/UFG nickel shows the best fatigue performance. However, the ECAP nickel is not sensitive to the microcracks, and therefore the macro-notches are introduced to investigate the crack growth behavior. Dynamic recrystallization is found to be the main mechanism for the plastic deformation in the ECAP nickel.
Nanokristalline (NK) und ultrafeinkörnige (UFG) Materialien besitzen sehr hohe Festigkeit aber niedrige Duktilität. In dieser Arbeit werden bimodale Mikrostrukturen, die gleichzeitig hohe Festigkeit und gute Duktilität haben, durch das Einbringen größerer Körner in die feinkörnige Matrix entwickelt.
Verschiedene bimodale Mikrostrukturen werden durch Wärmebehandlungen von NK PED Nickel und UFG ECAP Nickel entwickelt. Die Kornwachstumskinetik des PED Nickels wird quantitativ erfolgreich nach dem JMAK Modell und Burke und Turnbull Modell analysiert. Die Kornwachstumsphänomene von ECAP Nickel können hingegen wegen ihrer komplizierten Anfangsmikrostruktur nur qualitativ beschrieben werden.
Mikrohärtemessung und Zugversuche zeigen, dass in den bimodalen Gefügen die feineren Körner die Festigkeit und die gröberen Körner die Duktilität gewährleisteten. Ermüdungsverhalten und Risswachstumswiderstand der verschiedenen Gefüge werden erforscht. Die durch Focused Ion Beam geschnittenen Mikrorisse breiten sich während der Ermüdungszyklen aus und führen zum endgültigen Bruch fr das PED NK, NK/UFG und UFG Nickel. Das bimodale NK/UFG Nickel zeigt das beste Ermüdungsverhalten. Im Gegensatz zum PED Nickel wird festgestellt, dass das ECAP Nickel nicht mikrorissempfindlich ist. Daher werden Makrokerben initiiert, um die Rissausbreitung zu untersuchen. Für das ECAP Nickel ist dynamische Recrystallization der Hauptmechanismus für die plastische Verformung in den Ermüdungsexperimenten.
2013-07-29
2017-07-12T07:28:19Z
2013-07-29
2013
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-54492
hdl:20.500.11880/22943
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22887
eng
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The scale-up of material microstructuring : a perspective
Kraus, Tobias
Arzt, Eduard
INM Leibniz-Institut für Neue Materialien
ddc:600
Mikromechanik
2010-11-24
2017-07-12T07:43:34Z
2010-11-24
2009
2011-03-22
doc-type:article
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-34515
hdl:20.500.11880/24780
http://dx.doi.org/10.22028/D291-24724
eng
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Stimulated emission depletion microscopy for imaging of engineered and biological nanostructures
Schumann, Christian
Cavelius, Christian
Schübbe, Sabrina
Kraegeloh, Annette
INM Leibniz-Institut für Neue Materialien
ddc:600
Nanostruktur
2011-03-15
2017-07-12T07:43:44Z
2011-03-15
2010
doc-type:article
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-34452
hdl:20.500.11880/24848
http://dx.doi.org/10.22028/D291-24792
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/248502019-01-10T07:29:35Zcom_20.500.11880_6105com_20.500.11880_2col_20.500.11880_20754col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Functional surfaces for controlled adhesion
Arzt, Eduard
Del Campo, Aránzazu
INM Leibniz-Institut für Neue Materialien
ddc:600
Technische Oberfläche
Adhäsion
2011-03-15
2017-07-12T07:43:45Z
2011-03-15
2009
doc-type:article
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-34486
hdl:20.500.11880/24850
http://dx.doi.org/10.22028/D291-24794
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/254022019-01-10T07:29:36Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
A model-driven approach for organizations in multiagent systems
Ein Modell-basierter Ansatz für Organisationen in Multiagentensysteme
Madrigal Mora, Cristián
Siekmann, Jörg
ddc:600
Softwareentwicklung
Modellierung
Organisation
Organisationstheorie
Multiagentensysteme
MDA
software engineering
model driven development
model driven architecture
This thesis introduces a new model-driven approach to agent-oriented software engineering in which agent organizations not only play a crucial role, but are also represented in every abstraction level. In our methodology, multiagent systems are modeled at a platform-independent level and transformed into a platform-specific level preserving the organizational structures. The approach has been refined through several years and has been used in two European Union projects.
In dieser Arbeit wird ein neuer Modell-basierter Ansatz für die Agentenorientierte Softwaretechnik vorgestellt, bei dem Agenten-Organisationen nicht nur eine entscheidende Rolle spielen, sondern auch auf allen Abstraktionsebenen vertreten sind. In der dargestellten Methodik werden Multiagenten-Systeme auf einer Plattform-unabhängigen Ebene modelliert und dann in ein Plattform-spezifisches Modell umgewandelt, wobei die Organisationsstrukturen erhalten bleiben. Der Ansatz wurde über einige Jahre kontinuierlich verfeinert und bereits in zwei Projekten der Europäischen Union implementiert.
2013-10-16
2017-07-12T07:45:33Z
2013-10-16
2012
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-55324
hdl:20.500.11880/25402
http://dx.doi.org/10.22028/D291-25346
eng
openAccess
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/256042019-01-10T07:27:48Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbdoc-type:workingPaperddc:620
Kabelfernsehen : eine Einführung
Zimmermann, Harald H.
ddc:600
Kabelfernsehen
Breitbandkabel
Es werden die wesentlichen Komponenten des Kabelfernsehens erklärt, mit dem Ziel, dem Bürger eine Entscheidung dafür oder dagegen zu ermöglichen. Es wird eingegangen auf technische Fragen, Kosten, fremdsprachige Programme, soziale Fragen u.a.
2007-03-09
2017-07-12T07:50:08Z
2007-03-09
1984
2007-03-09
doc-type:workingPaper
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-8080
hdl:20.500.11880/25604
http://dx.doi.org/10.22028/D291-25548
ger
openAccess
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/269422019-08-07T15:26:19Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:570ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
All-in-one microsystem for long-term cell culturing and real-time chip-level lensless microscopy
Li, Wei
Fuhr, Günter
ddc:570
ddc:600
All-in-one-Mikrosystem
linsenlose Mikroskopie
Tierzellen
The study is to concept, develop and evaluate an all-in-one microsystem with combined long-term animal cell culturing and real-time chip-level lensless microscopy functions suitable for applications in cell biology studies, and at the point-of-use. The microsystem consists of a 5 megapixel CMOS image sensor, a disposable microchip for cell culture, heating elements and LED illumination. The overall size is only 40 mm x 40 mm x 50 mm. The disposable microchip for cell culture is composed of a polymer microfluidic interface and a silicon micro-cavity chip with a 1 µm thick 1 mm x 1 mm transparent Si3N4 bottom membrane, which is directly placed onto the image sensor surface. Under the collimated LED illumination, the optical resolution of the lensless imaging module is only dependent on the digital resolution of the image sensor, which amounts to 3.5 µm (double pixel pitches). The imaging quality is proven comparable to a 4x optical microscope without image computation or processing. Both the morphologies of different cell cultures (L929, A549 and T47D) and the single cells with colorimetric staining can be clearly visualized in real time. With the additional deposition of an interference filter on the image sensor surface, fluorescence spreading cells in culture are observed on the chip under a common blue LED illumination. The temperature for the incubating module is controlled at 37±0.2°C in the room environment. Mammalian cells (L929 and A549) are cultured with conventional culture medium and monitored under the time-lapse lensless microscopy by the all-in-one microsystem up to 5 days outside a laboratory incubator. Very fast operational processes, such as cell loading, passaging and staining, have been readily carried out and monitored in real-time by the platform. Besides cell cultures in monolayer, the formation of 3D clusters of L929 cells has also been demonstrated and recorded under time-lapse lensless microscopy by using the all-in-one microsystem.
Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Konzeption, Entwicklung und Evaluation eines All-in-One-Mikrosystems mit der Kombination aus Langzeit Kultivierung von Tierzellen und Echtzeit Linsenloser Mikroskopie Funktionen auf Chip Level, die für Anwendungen in zellbiologischen Studien sowie für Point-of-use geeignet sind. Das Mikrosystem besteht aus einem 5 Megapixel CMOS-Bildsensor, einem Einweg-Mikrochip für die Zellkultur, Heizelementen sowie einer LED-Beleuchtung Die Gesamtgröße beträgt nur 40 mm x 40 mm x 50 mm. Der Einweg-Mikrochip für die Zellkultur besteht aus einer polymeren, mikrofluidischen Grenzfläche und einem Silizium-Mikrohohlraum-Chip mit einer 1 µm dicken und 1 mm x 1 mm transparenten Si3N4-Bodenmembran, die direkt auf die Bildsensoroberfläche aufgesetzt wird. Unter der kollimierten LED-Beleuchtung ist die optische Auflösung des linsenlosen Abbildungsmoduls nur von der digitalen Auflösung des Bildsensors abhängig, was 3,5 µm beträgt (Doppelpixelabstände). Die Bildqualität ist vergleichbar mit einem 4x optischen Mikroskop ohne Bildberechnung oder Verarbeitung. Sowohl die Morphologien verschiedener Zellkulturen (L929, A549 und T47D) als auch die einzelnen Zellen mit farbmetrischer Färbung können in Echtzeit deutlich sichtbar gemacht werden. Mit der zusätzlichen Abscheidung eines Interferenzfilters auf der Bildsensoroberfläche werden fluoreszenzverteilende Zellen in Kultur auf dem Chip unter einer gemeinsamen blauen LED-Beleuchtung beobachtet. Die Temperatur für das Inkubationsmodul wird bei 37 ± 0,2 ° C in der Raumumgebung festgelegt. Säugetierzellen (L929 und A549) werden mit herkömmlichem Kulturmedium kultiviert und unter der Zeitrafferlinsenmikroskopie durch das All-in-One-Mikrosystem bis zu 5 Tage außerhalb eines Laborinkubators überwacht. Sehr schnelle operative Prozesse wie z. B. Zellbeladung, Durchfluss und Färbung wurden in Echtzeit durch die Plattform durchgeführt und überwacht. Neben den Zellkulturen in der Monoschicht wurde auch die Bildung von 3D-Clustern von L929-Zellen in Zeitraffer bei lichtempfindlicher Mikroskopie unter Verwendung des All-in-One-Mikrosystems nachgewiesen und aufgezeichnet.
2018-01-30T09:47:53Z
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2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-270273
hdl:20.500.11880/26942
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27027
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/269822019-11-14T15:58:07Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:490has-source-swb:trueddc:400ddc:430open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:420ddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:620
A Hybrid Machine Translation Framework for an Improved Translation Workflow
Pal, Santanu
van Genabith, Josef
ddc:400
ddc:420
ddc:430
ddc:490
ddc:600
Over the past few decades, due to a continuing surge in the amount of content being translated and ever increasing pressure to deliver high quality and high throughput translation, translation industries are focusing their interest on adopting advanced technologies such as machine translation (MT), and automatic post-editing (APE) in their translation workflows. Despite the progress of the technology, the roles of humans and machines essentially remain intact as MT/APE are moving from the peripheries of the translation field closer towards collaborative human-machine based MT/APE in modern translation workflows. Professional translators increasingly become post-editors correcting raw MT/APE output instead of translating from scratch which in turn increases productivity in terms of translation speed. The last decade has seen substantial growth in research and development activities on improving MT; usually concentrating on selected aspects of workflows starting from training data pre-processing techniques to core MT processes to post-editing methods. To date, however, complete MT workflows are less investigated than the core MT processes. In the research presented in this thesis, we investigate avenues towards achieving improved MT workflows. We study how different MT paradigms can be utilized and integrated to best effect. We also investigate how different upstream and downstream component technologies can be hybridized to achieve overall improved MT. Finally we include an investigation into human-machine collaborative MT by taking humans in the loop. In many of (but not all) the experiments presented in this thesis we focus on data scenarios provided by low resource language settings.
Aufgrund des stetig ansteigenden Übersetzungsvolumens in den letzten Jahrzehnten und
gleichzeitig wachsendem Druck hohe Qualität innerhalb von kürzester Zeit liefern zu
müssen sind Übersetzungsdienstleister darauf angewiesen, moderne Technologien wie
Maschinelle Übersetzung (MT) und automatisches Post-Editing (APE) in den Übersetzungsworkflow
einzubinden. Trotz erheblicher Fortschritte dieser Technologien haben
sich die Rollen von Mensch und Maschine kaum verändert. MT/APE ist jedoch nunmehr
nicht mehr nur eine Randerscheinung, sondern wird im modernen Übersetzungsworkflow
zunehmend in Zusammenarbeit von Mensch und Maschine eingesetzt. Fachübersetzer
werden immer mehr zu Post-Editoren und korrigieren den MT/APE-Output, statt wie
bisher Übersetzungen komplett neu anzufertigen. So kann die Produktivität bezüglich
der Übersetzungsgeschwindigkeit gesteigert werden. Im letzten Jahrzehnt hat sich in den
Bereichen Forschung und Entwicklung zur Verbesserung von MT sehr viel getan: Einbindung
des vollständigen Übersetzungsworkflows von der Vorbereitung der Trainingsdaten
über den eigentlichen MT-Prozess bis hin zu Post-Editing-Methoden. Der vollständige
Übersetzungsworkflow wird jedoch aus Datenperspektive weit weniger berücksichtigt
als der eigentliche MT-Prozess. In dieser Dissertation werden Wege hin zum
idealen oder zumindest verbesserten MT-Workflow untersucht. In den Experimenten
wird dabei besondere Aufmertsamfit auf die speziellen Belange von sprachen mit geringen
ressourcen gelegt. Es wird untersucht wie unterschiedliche MT-Paradigmen verwendet
und optimal integriert werden können. Des Weiteren wird dargestellt wie unterschiedliche
vor- und nachgelagerte Technologiekomponenten angepasst werden können, um insgesamt
einen besseren MT-Output zu generieren. Abschließend wird gezeigt wie der Mensch in
den MT-Workflow intergriert werden kann. Das Ziel dieser Arbeit ist es verschiedene
Technologiekomponenten in den MT-Workflow zu integrieren um so einen verbesserten
Gesamtworkflow zu schaffen. Hierfür werden hauptsächlich Hybridisierungsansätze verwendet.
In dieser Arbeit werden außerdem Möglichkeiten untersucht, Menschen effektiv
als Post-Editoren einzubinden.
2018-03-12T11:38:45Z
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2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-270811
hdl:20.500.11880/26982
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27081
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/269952023-03-17T09:04:48Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Leveraging Semantic Annotations for Event-focused Search & Summarization
Mishra, Arunav
Berberich, Klaus
ddc:600
ddc:004
Information Retrieval
Ereignis
Zusammenfassung
Information retrieval
multi-document summarization
Spatiotemporal text mining
Today in this Big Data era, overwhelming amounts of textual information across different sources with a high degree of redundancy has made it hard for a consumer to retrospect on past events. A plausible solution is to link semantically similar information contained across the different sources to enforce a structure thereby providing multiple access paths to relevant information. Keeping this larger goal in view, this work uses Wikipedia and online news articles as two prominent yet disparate information sources to address the following three problems: • We address a linking problem to connect Wikipedia excerpts to news articles by casting it into an IR task. Our novel approach integrates time, geolocations, and entities with text to identify relevant documents that can be linked to a given excerpt. • We address an unsupervised extractive multi-document summarization task to generate a fixed-length event digest that facilitates efficient consumption of information contained within a large set of documents. Our novel approach proposes an ILP for global inference across text, time, geolocations, and entities associated with the event. • To estimate temporal focus of short event descriptions, we present a semi-supervised approach that leverages redundancy within a longitudinal news collection to estimate accurate probabilistic time models. Extensive experimental evaluations demonstrate the effectiveness and viability of our proposed approaches towards achieving the larger goal.
Im heutigen Big Data Zeitalters existieren überwältigende Mengen an Textinformationen, die über mehrere Quellen verteilt sind und ein hohes Maß an Redundanz haben. Durch diese Gegebenheiten ist eine Retroperspektive auf vergangene Ereignisse für Konsumenten nur schwer möglich. Eine plausible Lösung ist die Verknüpfung semantisch ähnlicher, aber über mehrere Quellen verteilter Informationen, um dadurch eine Struktur zu erzwingen, die mehrere Zugriffspfade auf relevante Informationen, bietet. Vor diesem Hintergrund benutzt diese Dissertation Wikipedia und Onlinenachrichten als zwei prominente, aber dennoch grundverschiedene Informationsquellen, um die folgenden drei Probleme anzusprechen: • Wir adressieren ein Verknüpfungsproblem, um Wikipedia-Auszüge mit Nachrichtenartikeln zu verbinden und das Problem in eine Information-Retrieval-Aufgabe umzuwandeln. Unser neuartiger Ansatz integriert Zeit- und Geobezüge sowie Entitäten mit Text, um relevante Dokumente, die mit einem gegebenen Auszug verknüpft werden können, zu identifizieren. • Wir befassen uns mit einer unüberwachten Extraktionsmethode zur automatischen Zusammenfassung von Texten aus mehreren Dokumenten um Ereigniszusammenfassungen mit fester Länge zu generieren, was eine effiziente Aufnahme von Informationen aus großen Dokumentenmassen ermöglicht. Unser neuartiger Ansatz schlägt eine ganzzahlige lineare Optimierungslösung vor, die globale Inferenzen über Text, Zeit, Geolokationen und mit Ereignis-verbundenen Entitäten zieht. • Um den zeitlichen Fokus kurzer Ereignisbeschreibungen abzuschätzen, stellen wir einen semi-überwachten Ansatz vor, der die Redundanz innerhalb einer langzeitigen Dokumentensammlung ausnutzt, um genaue probabilistische Zeitmodelle abzuschätzen. Umfangreiche experimentelle Auswertungen zeigen die Wirksamkeit und Tragfähigkeit unserer vorgeschlagenen Ansätze zur Erreichung des größeren Ziels.
2018-03-28T11:17:08Z
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2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271081
hdl:20.500.11880/26995
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27108
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/269972019-11-25T15:36:51Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataddc:621.3interface:dnbddc:620
Observing magnetic objects in fluids
Hageman, Tijmen Antoon Geert
Abelmann, Leon
ddc:530
ddc:600
ddc:621.3
Selbstorganisation
Thermodynamik
Magnetbakterien
thermodynamics
magnetotactic bacteria
selfassembly
Observation of the motion of particles in fluids give valuable information about the particles, the environment and the interaction between them. Two distinct particle-fluid systems were studied in this framework. The first system considers centimetre-sized magnetic particles suspended in an upward water flow to create neutral buoyancy as well as a source of turbulence. This macroscopic reactor acts as an analogue simulator for microscopic self-assembly processes. From observation of the trajectories of single and two-particle systems we found that in terms of velocity, diffusion and particle interaction the laws of thermodynamics describe the macroscopic system with surprising accuracy. We have shown that we can control the amount of disturbing energy by changing the asymmetry of the water inflow, but that this method affects the particle behaviour differently in separate spatial dimensions. We found that the method used to generate disturbing energy is not that critical; also when the particles are mechanically shaken on a table in 2D, rather than in a turbulent flow in 3D, the velocity and diffusion still obey the laws of thermodynamics. The macroscopic reactor was used to study self-assembly of 3D-printed objects with embedded magnets. A system of four spheres was analysed by both humans and neural networks. Although yielding very similar results, they significantly deviate from theoretical predictions, likely due to underestimation of the disturbing energy. When using objects with anisotropic shape, we found that the geometry and aspect ratio highly define the nature of resulting structures. The particle shape for instance controls the dimensionality (1D, 2D, 3D) and flexibility (straight versus flexible angles) of the resulting assemblies. The second system involves the study of the motion of magnetotactic bacteria (MTB) under influence of varying magnetic fields. From microscopy observations of the trajectories of individual MTB we found that their response to magnetic fields accurately follows a simple model based on the ratio between magnetic and drag torque. We characterised the properties of MTB and interaction with the environment. An optical density based method was developed to monitor the properties of entire colonies of MTB with high temporal resolution. We were able to monitor four distinct parameters corresponding to growth and magnetic growth of MTB and found that these types of growth are decoupled. Although magnetic objects studied in this thesis are seemingly very distinct, with various sizes and shapes, their analysis has strong similarity. The most important aspects for fluid-particle interaction are the interplay between magnetic torque and the drag force as well as the interplay between magnetic potential energy and (equivalent) thermal energy. The parameters underpinning the models based on these concepts can be determined through observation of the motion of the particles.
Beobachtung der Bewegung von Partikeln in Flüssigkeiten bringt wertvolle Informationen über die Partikel, die Umgebung als auch die Interaktion von beidem. Zwei verschiedene Partikel-Flüssigkeitssysteme wurden in dieser Studie näher untersucht. Das erste System setzte sich zusammen aus zentimeter-großen magnetischen Partikeln, ausgebracht in einem aufwärtsgerichteten Wasserstrom, welcher einen neutralen statischen Auftrieb erzeugte als auch den Ursprung von Turbulenzen darstellt. Dieser makroskopische Reaktor wurde betrieben als analoge Simulation für mikroskopische Selbstassemblierungsprozesse. Durch das Beobachten der Trajektorien von Ein- sowie Zwei-Partikelsystemen wurde festgestellt, dass die Gesetze der Thermodynamik überraschend genau das System charakterisieren, vor allem in Bezug auf Geschwindigkeit, Diffusion und Partikel-Interaktion. Wir konnten zeigen, dass wir die Stärke der Störenergie kontrollieren können durch Änderung der Asymmetrie des Wassereinlasses, aber auch das diese Methode die Partikel unterschiedlich beeinflusst, je Lage im dreidimensionalen Raum. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Methode zur Erzeugung der Störenergie kein kritischer Einflussfaktor ist, da auch beim mechanischen Schütteln von Partikeln auf einem Tisch in 2D, im Gegensatz zu einer turbulenten Flussrate in 3D, Geschwindigkeit und Diffusion weiterhin den Gesetzen der Thermodynamik unterliegen. Der makroskopische Reaktor wurde zur Untersuchung von Selbstassemblierungsprozessen von 3D-gedruckten Objekten mit eingeschlossenen Magneten verwendet. Ein System aus vier Kugeln wurde sowohl durch Probanden als auch durch Neurale Computernetzwerk analysiert. Trotz der sehr ähnlichen Ergebnisse konnte ein signifikanter Unterschied zu den theoretischen Vorhersagen festgestellt werden, welcher höchstwahrscheinlich in der Unterschätzung der Störenergie begründet war. Bei der Benutzung von Objekten mit anisotropen Formen konnten wir zeigen, dass die Geometrie sowie das Seitenverhältnis starken Einfluss nehmen auf die entstehenden Strukturen. Die Form der Partikel hat beispielsweise entscheidenden Einfluss auf die Dimensionalität (1D, 2D, 3D) und Flexibilität (Grade vs. Flexible Winkel) der entstehenden Verbindun- gen. Das zweite System umfasste die Analyse der Bewegung von magnetotaktischen Bakterien (MTB) unter Einfluss von wechselnden Magnetfeldern. Durch mikroskopische Beobachtung der Bewegungsbahnen von einzelnen MTB konnten wir nachweisen, dass deren Bewegungsantwort auf magnetische Felder exakt einem einfachen Modell folgen, basierend auf dem Verhältnis zwischen magnetischem Drehmoment und Dreh-Strömungswiderstandes. Hierzu wurden die Eigenschaften der MTB und deren Interaktion mit der Umgebung charakterisiert. Eine Methode, basierend auf optischer Dichte-Messung, wurde entwickelt um Eigenschaften von ganzen Kolonien von MTBs mit hoher zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Es war uns möglich vier verschiedene Parameter bezüglich Wachstum und Wachstum der magnetischen Partikel zu überwachen um festzustellen, dass diese Typen des Wachstums sich als entkoppelt darstellen. Obwohl die in dieser Doktorarbeit verwendeten magnetischen Objekte stark unterschiedlich in Bezug auf Größe und Form waren zeigte deren Auswertung hohe Ähnlichkeiten. Der wichtigste Aspekt der Partikel-Flüssigkeitsinteraktion stellt das Zusammenspiel von magnetischem Drehmoment und des Dreh-Strö- mungswiderstandes dar, als auch das Zusammenspiel der potenziellen magnetischen Energie und der (äquivalenten) thermalen Energie. Diese Parameter der Modelle konnten durch Beobachtung der Bewegung der Partikel untermauern werden, auf welchen die Konzepte des magnetischen Moments und des Strömungswiderstandes basieren.
2018-04-04T09:20:49Z
2018-04-04T09:20:49Z
2018
doc-type:doctoralThesis
978-90-365-4481-8
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271211
hdl:20.500.11880/26997
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27121
10.3990/1.9789036544818
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/269982019-11-07T12:35:55Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:610ddc:600doc-type:ResearchDataddc:621.3interface:dnbddc:620
The behaviour of magnetotactic bacteria in changing magnetic fields
Pichel, Marc Philippe
Abelmann, Leon
ddc:600
ddc:610
ddc:620
ddc:621.3
Rotational Drag
Magnetotactic Bacteria
Magnetic Torque
Magnetics
Die Beobachtung des Verhaltens von magnetotaktischen Bakterien (MTB) in wechselndeMagnetfeldern kann signifikante direkte und indirekte Informationen offenlegen über deren Merkmale und physiologische Eigenschaften. Sowohl Einzel- als auchMassenanalyse wurden in der vorliegenden Studie durchgeführt. Die Einzelzell-Experimente wurden in einem mikrofluidischen Chip mitmaßgefertigtem Design durchgeführt, in welchem die MTB fokussiert werden konnten während einMagnetfeld mittels eines permanentenMagneten angelegt wurde, welcher unter demMikroskoptisch befestigt war. Beobachtungen und Aufnahme der Reaktionen erlaubte eine offline-Analyse der Bewegungsbahnen. Diese Auswertung zeigte, dass die Zellen unterschiedlich reagierten auf Variation derMagnitude derMagnetfeldstärke. DesWeiteren konnte durch Simulationen und Experimente aufgezeigt werden, dass der Widerstand der MTB unterschätzt wurde, was zu zusätzlichen makroskopische Experimenten führte, um eine Verbindung von morphologischer Eigenschaften und Rotationswiderstandsprofilen darzulegen. Diese Experimente wurden durchgeführt in einem Gefäßmit Silikonöl unter Verwendung verschiedener 3D-gedruckter Modelle von verschiedenen ellipsoid- und spirillum-basierenden Morphologien. Die Modelle begründeten sich auf Elektronenmikroskop-Abbildungen von tatsächlichen MTB. Die Auswertung dieser Experimente konnte zur Aufklärung beitragen, dass Eigenschaften der MTB nicht in existierende Modelle des Rotationswiderstandes berücksichtigt werden. Die Massenanalyse wurde durchgeführt in einem maßangefertigtem Optischen-Dichte-Messer, spezifisch hergestellt umMagnetfeld-Orientierungen mit Photospektrometrie zu kombinieren. Von diesen Beobachtungen konnte der magnetische Gehalt von einer MTB-Kultur und Einzelproben abgeleitet werden, sowohl absolut als auch relativ. Zusätzlich wurde die Reaktionszeit einer verwendeten Charge gemessen werden umdenmagnetischen dipol-Moment mit dem Rotationswiderstand zu korrelieren. Dies erlaubte eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Qualitäten und Quantitäten von Kulturen, als auch Langzeit- und kontinuierliche Beobachtung desWachstumsverhaltens von diesen. Trotz des Auffindens neuer Eigenschaften durch welche eine genauere Berechnung von Rotationswiderstandsprofilen möglich wurde bleibt die Länge eines Objekts weiterhin der dominierende Faktor im Zusammenspiel von magnetischem Drehmoment und Rotationswiderstandskraft. UnserModell erlaubt eine genauere Vorhersage des Rotationswiderstandes von Objekten mit ähnlichen Formen wie MTB in Schleichender Strömung als auch Zuständen von geringen Reynoldszahlen.
The observation of behaviour of magnetotactic bacteria (MTB) in changing magnetic fields can give significant direct and indirect information about their traits and biophysical properties. Both single and bulk experiment and analysis were performed in this study. The single cel experimentswere performed inside custommicrofluidic chips designed to keep the MTB in focus, while a magnet field was applied using a permanent magnet mounted under a microscope stage. Observation and recording of the response allowed for off-line analysis of the trajectories. This analysis has shown that the cells respond differently to varyingmagnitudes of magnetic field strength. Furthermore, from simulations and experiments we have found that the drag of the MTB had been underestimated, which lead to additional macroscopic experiments relating morphological traits to more rotational drag profiles. These experiments were done in a vat of silicone oil using 3D-printed models of varying spheroid- and spirillum-based morphologies. The models were based on scanning electron microscope images of actualMTB. Analysis of these experiments elucidated the contribution of traits not included in existing models for rotational drag. The bulk analysis was performed in a custom made optical density meter, specifically designed to combine magnetic field orientations with photo spectrometry. From our observation we could derive the magnetic response, both absolute and relative, of a given culture or sample of MTB. Additionally, the response time of a given batch could also be measured, relating the magnetic dipole moment with the rotational drag. This allowed distinguishing between different quality and quantity of cultures, as well as long termand continuous observation of a culture in growth. In spite of having found new traits by which one can more accurately calculate the rotational drag profile, the length of an object still remains the dominate factor when balancing magnetic torque and drag force. Our model does allow for predicting more accurately the rotational drag of objects with shapes similar toMTB in Stokes flow or under low Reynolds number conditions.
2018-04-04T09:37:16Z
2018-04-04T09:37:16Z
2018
doc-type:doctoralThesis
978-90-365-4500-6
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271221
hdl:20.500.11880/26998
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27122
10.3990/1.9789036545006
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/270232019-11-19T12:26:38Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:650has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Ein Vorgehensmodell zur systematischen Werkstoffauswahl in der frühen Phase der Entwicklung von Fahrzeugstrukturbauteilen
Kaiser, Robin
Vielhaber, Michael
ddc:600
ddc:620
ddc:650
Materialauswahl
Werkstoffauswahl
Fahrzeugstrukturbauteile
Fahrzeugstruktur
systematische Materialauswahl
begrenzter Bauraum
systematische Werkstoffauswahl
Strukturbauteil
material selection
minimal available space
Aufgrund politischer Regularien sehen sich die Automobilhersteller gezwungen die Emissionswerte ihrer Fahrzeuge zunehmend zu reduzieren. Neben der Optimierung des Antriebsstrangs gelten vor allem Maßnahmen zur Gewichtsreduktion der Fahrzeugkarosserie als eines der zielführendsten Mittel zur Erfüllung der immer strenger werdenden Grenzwerte zum CO2-Ausstoß. Hieraus hat sich in den letzten Jahren die Multi-Material-Bauweise entwickelt, welche die Wahl des geeignetsten Werkstoffs für jedes einzelne Strukturbauteil zum Ziel hat. Abweichend zu den klassischen Bauweisen wird also kein homogener Einsatz einer bestimmten Werkstoffsorte für die gesamte Fahrzeugstruktur vorgeschrieben. Mit dieser Strategie des positionsgerechten Materialeinsatzes lassen sich zum Teil drastische Reduktionen des Fahrzeuggewichts herbeiführen.
Variable Last- und Bauraumanforderungen, welche insbesondere in der frühen Phase der Entwicklung für Fahrzeugstrukturbauteile charakteristisch sind, verhindern jedoch die Festlegung eines festen Anforderungsprofils zu Beginn der Bauteilentwicklung und somit auch die Definition der Eingangsgrößen für die klassische Vorgehensweise der systematischen Materialauswahl, wie sie aus der methodischen Produktentwicklung bislang bekannt ist.
Hervorgehend aus diesem Bedarf wurden im Rahmen der vorliegenden Niederschrift Lösungen zur prozessseitigen und methodischen Integration variabler Anforderungsprofile in die systematische Materialauswahl erarbeitet, um selbige für die vorherrschenden Bedürfnisse entlang der Strukturbauteilentwicklung zu ertüchtigen. Die Überprüfung der praktischen Umsetzbarkeit, im Sinne einer Validierung, erfolgt abschließend am Beispiel eines realen Strukturbauteils.
Due to political regulations, automobile manufacturers are increasingly forced to reduce the emission values of their vehicles. In addition to the optimization of the powertrain, measures to reduce the weight of the vehicle body are one of the most effective possibilities for meeting the ever-stricter limits on CO2 emissions. In recent years, the Multi-Material-Design has been developed in this way, which has the objective of selecting the most suitable material for each individual structural component. Deviating from the classical construction methods it is not required to use one particular material type for the entire vehicle structure. With this strategy of position-appropriate material use, some drastic reductions in vehicle weight can be achieved.
The variable load and space requirements, which are characteristic for vehicle structure components, especially in the early phase of the development, however, prevent the definition of a fixed requirement profile at the beginning of the component development and thus also the definition of the input parameters for the classical approach of the systematic material selection as previously known from the methodical product development.
Out of this demand, solutions for the process-oriented and methodic integration of variable requirements profiles into the systematic material selection have been developed along with the creation of this paperwork. That targets to enable the selection to fulfill the present needs of the structure component development process. The verification of practical feasibility in terms of a validation is finally carried out with a real structure component example.
2018-04-21T06:57:16Z
2018-04-21T06:57:16Z
2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271301
hdl:20.500.11880/27023
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27130
ger
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271672022-11-04T10:44:08Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Transparent transmission segmentation in software-defined networks
Schmidt, Andreas
Herfet, Thorsten
Manzalini, Antonio
ddc:500
ddc:600
Relays
Sockets
Servers
Software
Message systems
Delays
Throughput
Traditionally, network core devices are simple and the complexity is in the end-hosts. With the rise of Software- Defined Networking, this changes and complex functions are moved into the network core. This paper presents Transparent Transmission Segmentation (TTS), which is able to improve performance by executing parts of network functions at the core. An implementation for segmenting TCP connections in SDNs is presented, including the network integration and traffic steering process, as well as evidence on its positive effects on latency.
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
2018-09-18T15:31:23Z
2018-09-18T15:31:23Z
2017
doc-type:conferenceObject
978-1-5090-6008-5
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271884
hdl:20.500.11880/27167
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27188
10.1109/NETSOFT.2017.8004213
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271202019-11-19T10:39:07Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatadoc-type:Otherinterface:dnbddc:620
A dynamic deep learning approach for intonation modeling
Tombini, Francesco
ddc:600
Intonation plays a crucial role in making synthetic speech sound more natural. However, intonation modeling largely remains an open question. In my thesis, the interpolated F0 is parameterized dynamically by means of sign values, encoding the direction of pitch change, and corresponding quantized magnitude values, encoding the amount of pitch change in such direction. The sign and magnitude values are used for the training of a dedicated neural network. The proposed methodology is evaluated and compared to a state-of-the-art DNN-based TTS system. To this end, a segmental synthesizer was implemented to normalize the effect of the spectrum. The synthesizer uses the F0 and linguistic features to predict the spectrum, aperiodicity, and voicing information. The proposed methodology performs as well as the reference system, and we observe a trend for native speakers to prefer the proposed intonation model.
2018-07-16T09:49:46Z
2018-07-16T09:49:46Z
2018
doc-type:Other
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-272375
hdl:20.500.11880/27120
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27237
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271022023-03-17T08:46:34Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Computational haplotyping : theory and practice
Garg, Shilpa
Marschall, Tobias
ddc:500
ddc:600
ddc:004
computational haplotyping
approximation algorithm
FPT algorithms
denovo assembly
MEC
Genomics has paved a new way to comprehend life and its evolution, and also to investigate causes of diseases and their treatment. One of the important problems in genomic analyses is haplotype assembly. Constructing complete and accurate haplotypes plays an essential role in understanding population genetics and how species evolve. In this thesis, we focus on computational approaches to haplotype assembly from third generation sequencing technologies. This involves huge amounts of sequencing data, and such data contain errors due to the single molecule sequencing protocols employed. Taking advantage of combinatorial formulations helps to correct for these errors to solve the haplotyping problem. Various computational techniques such as dynamic programming, parameterized algorithms, and graph algorithms are used to solve this problem. This thesis presents several contributions concerning the area of haplotyping. First, a novel algorithm based on dynamic programming is proposed to provide approximation guarantees for phasing a single individual. Second, an integrative approach is introduced to combining multiple sequencing datasets to generating complete and accurate haplotypes. The effectiveness of this integrative approach is demonstrated on a real human genome. Third, we provide a novel efficient approach to phasing pedigrees and demonstrate its advantages in comparison to phasing a single individual. Fourth, we present a generalized graph-based framework for performing haplotype-aware de novo assembly. Specifically, this generalized framework consists of a hybrid pipeline for generating accurate and complete haplotypes from data stemming from multiple sequencing technologies, one that provides accurate reads and other that provides long reads.
Die Genomik hat neue Wege eröffnet, die es ermöglichen, die Evolution lebendiger Organismen zu verstehen, sowie die Ursachen zahlreicher Krankheiten zu erforschen und neue Therapien zu entwickeln. Ein wichtiges Problem ist die Assemblierung der Haplotypen eines Individuums. Diese Rekonstruktion von Haplotypen spielt eine zentrale Rolle für das Verständnis der Populationsgenetik und der Evolution einer Spezies. In der vorliegenden Arbeit werden Algorithmen zur Assemblierung von Haplotypen vorgestellt, die auf Sequenzierdaten der dritten Generation basieren. Dies erfordert große Mengen an Daten, welche wiederum Fehler enthalten, die die zugrunde liegenden Sequenzierprotokolle hervorbringen. Durch kombinatorische Formulierungen des Problems ist die Rekonstruktion von Haplotypen dennoch möglich, da Fehler erfolgreich korrigiert werden können. Verschiedene informatische Methoden, wie dynamische Programmierung, parametrisierte Algorithmen und Graph Algorithmen können verwendet werden, um dieses Problem zu lösen. Die vorliegende Arbeit stellt mehrere Lösungsansätze für die Rekonstruktion von Haplotypen vor. Als erstes wird ein neuartiger Algorithmus vorgestellt, der basierend auf dem Prinzip der dynamischen Programmierung Approximationsgarantien für das Haplotyping eines einzelnen Individuums liefert. Als zweites wird ein integrativer Ansatz präsentiert, um mehrere Sequenzierdatensätze zu kombinieren und somit akkurate Haplotypen zu generieren. Die Effektivität dieser Methode wird auf einem echten, menschlichen Datensatz demonstriert. Als drittes wird ein neuer, effzienter Algorithmus beschrieben, um Haplotypen verwandter Individuen simultan zu konstruieren und die Vorteile gegenüber der Betrachtung einzelner Individuen aufgezeigt. Als viertes präsentieren wir eine Graph-basierte Methode um mittels Haplotypinformation de-novo Assemblierung durchzuführen. Dieser Methode kombiniert Daten stammend von verschiedenen Sequenziertechnologien, welche entweder genaue oder aber lange Sequenzierreads liefern.
2018-07-03T07:32:02Z
2018-07-03T07:32:02Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-272520
hdl:20.500.11880/27102
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27252
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271402019-11-25T15:50:34Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Vortex-zählender MEMS-basierter thermischer Strömungssensor für Durchflussmessungen mit hoher Dynamik
Saremi-Afshar, Somaie
Seidel, Helmut
ddc:600
MEMS
Vortex-Sensor
Thermische Strömungssensoren
Heißfilm-Anemometer
vortex sensor
thermal flow sensor
hotfilm anemometer
This work deals with the design, fabrication and characterisation of a MEMS-based hot-film anemometer for flow measurements over a wide dynamic range with high accuracy and fast response time using standard micromachining technology. The fabricated thermal flow sensors consist of a platinum micro heater located on a silicon nitride membrane and an additional temperature sensing resistor mounted directly on the substrate to detect and compensate the fluid temperature. The key innovation of the concept presented here is the combination of the two measuring principles of a thermal anemometer and of a vortex sensor. This results in a favourable combination of the high sensitivity of a thermal flow sensor at relatively low flow rates and the superior linearity and high accuracy of a vortex flow sensor based on the Kármán vortex street at relatively high flow velocities. In this innovative concept the same sensor and the same thermal principle of a constant-temperature anemometer is applied to determine Abstract: the vortex shedding frequency. The spatial design of the sensor and geometric dimensions of the sensing element result in a very short response time of less than 1 ms. Hence, vortex frequencies up to 8 kHz can be measured. By combining these two measurement principles, a very wide dynamic range of flow velocities from below 1 m/s up to 180 m/s was achieved with high accuracy.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Fertigung und Charakterisierung eines MEMS-basierten thermischen Strömungssensors für Durchflussmessungen in einem möglichst weiten Messbereich sowohl mit hoher Genauigkeit als auch mit schneller Ansprechzeit. Der hergestellte Sensor auf Si-Basis besteht aus einem Pt-Heizwiderstand, der auf einer isolierenden Si3N4- Membran aufgebracht ist und einer zweiten Widerstandsstruktur, die zum Erfassen und Kompensieren der Fluidtemperatur dient. Die wesentliche Innovation bei dem hier vorgestellten Konzept besteht in der Kombination der zwei Messprinzipien eines thermischen Anemometers und eines Vortex-Sensors. Dadurch gelingt es, die hohe Empfindlichkeit eines thermischen Strömungssensors bei relativ kleinen Flussraten mit der Linearität und der hohen Genauigkeit eines auf der Kármánschen Wirbelstraße basierenden Vortex-Durchflusssensors bei relativ hohen Flussgeschwindigkeiten vorteilhaft miteinander zu kombinieren. Die besondere Neuerung besteht darin, dass derselbe Sensor und dasselbe thermische Prinzip auch zur Bestimmung der Wirbelfrequenz im Vortex-Modus eingesetzt werden. Das spezielle Design des Sensors und das Layout der Messwiderstände führen zu sehr geringen thermischen Ansprechzeiten von weniger als 1 ms. Somit konnten Wirbelfrequenzen von bis zu 8 kHz gemessen werden. Durch das Kombinieren der zwei Messprinzipien konnte ein sehr weiter Messbereich von Flussgeschwindigkeiten von weniger als 1 m/s bis zu 180 m/s erreicht werden.
2018-07-30T08:36:02Z
2018-07-30T08:36:02Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-272850
hdl:20.500.11880/27140
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27285
ger
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271452019-11-19T13:04:00Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:004open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:610ddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:500ddc:620
Quantifying and mitigating privacy risks in biomedical data
Berrang, Pascal
Backes, Michael
ddc:004
ddc:500
ddc:600
ddc:610
Computersicherheit
Privatsphäre
Biomedizin
Datenschutz
Informatik
Privacy
Security
Cryptography
Cryptographic Protocols
Bayesian Networks
Biomedical Data
Differential Privacy
Privacy Assessment
Genomic Privacy
Epigenetic Privacy
Die stetig sinkenden Kosten für molekulares Profiling haben der Biomedizin zahlreiche neue Arten biomedizinischer Daten geliefert und den Durchbruch für eine präzisere und personalisierte Medizin ermöglicht. Die Veröffentlichung dieser inhärent hochsensiblen und miteinander verbundenen Daten stellt jedoch eine neue Bedrohung für unsere Privatsphäre dar. Während die IT-Sicherheitsforschung sich bisher hauptsächlich auf die Auswirkung genetischer Daten auf die Privatsphäre konzentriert hat, wurden die vielfältigen Risiken durch andere Arten biomedizinischer Daten – epigenetischer Daten im Speziellen – größtenteils außer Acht gelassen. Diese Dissertation stellt Verfahren zur Messung und Abwehr solcher Privatsphärerisiken vor. Neben dem Genom konzentrieren wir uns auf zwei der wichtigsten gesundheitsrelevanten epigenetischen Elemente: microRNAs und DNA-Methylierung. Wir quantifizieren die Privatsphäre für die folgenden realistischen Angriffe: (1) Verknüpfung von Profilen über die Zeit, Verknüpfung verschiedener Datentypen und verwandter Personen, (2) Feststellung der Studienteilnahme und (3) Inferenz von Attributen. Unsere Resultate bekräftigen, dass die Privatsphärerisiken solcher Daten ernst genommen werden müssen. Zudem präsentieren und evaluieren wir Lösungen zum Schutz der Privatsphäre. Sie reichen von der Anwendung von Differential Privacy unter Berücksichtigung des Nutzwertes bis zu kryptographischen Protokollen zur sicheren Auswertung eines Random Forests.
The decreasing costs of molecular profiling have fueled the biomedical research community with a plethora of new types of biomedical data, allowing for a breakthrough towards a more precise and personalized medicine. However, the release of these intrinsically highly sensitive, interdependent data poses a new severe privacy threat. So far, the security community has mostly focused on privacy risks arising from genomic data. However, the manifold privacy risks stemming from other types of biomedical data – and epigenetic data in particular – have been largely overlooked. In this thesis, we provide means to quantify and protect the privacy of individuals’ biomedical data. Besides the genome, we specifically focus on two of the most important epigenetic elements influencing human health: microRNAs and DNA methylation. We quantify the privacy for multiple realistic attack scenarios, namely, (1) linkability attacks along the temporal dimension, between different types of data, and between related individuals, (2) membership attacks, and (3) inference attacks. Our results underline that the privacy risks inherent to biomedical data have to be taken seriously. Moreover, we present and evaluate solutions to preserve the privacy of individuals. Our mitigation techniques stretch from the differentially private release of epigenetic data, considering its utility, up to cryptographic constructions to securely, and privately evaluate a random forest on a patient’s data.
2018-08-13T09:02:38Z
2018-08-13T09:02:38Z
2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-273020
hdl:20.500.11880/27145
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27302
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271642019-11-19T13:12:29Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataddc:621.3interface:dnbddc:620
High-Performance Dielectric Elastomer Actuators
Hau, Steffen
Seelecke, Stefan
ddc:600
ddc:620
ddc:621.3
Dielectric elastomer actuators (DEAs) feature high energy efficiency, lightweight, design flexibility and the use of low cost materials and processes. This holds particularly true for membrane actuators, which, in addition to the dielectric elastomer comprise a separate biasing system. The particular design of the biasing system may dramatically improve the DEA performance, but at the same time, it adds complexity to such a design process. Therefore, in this work, a systematic design approach to adapt DEA systems to specific applications is developed. It allows calculation of all relevant design parameters and incorporates experimentally validated scaling laws to account for actuator geometry
effects. Finally, the capability of the design process is illustrated at two examples. In the first one, the force output of circular membrane DEAs, which is typically in the hundreds of millinewton range, is increased by more than two orders of magnitude. For the first time, record-high forces of 100 Newton are generated, while an innovative overall system design maintains compactness. The second system is designed for high reversible actuation strains in the range of >50%. The use of silicone as elastomer additionally results in high-speed actuation. DEA systems with such outstanding performance prove that they are capable of competing with existing technologies such as solenoids, while adding additional functionality and, in the future, smartness through “self-sensing” properties.
Dielektrische Elastomeraktoren (DEA) weisen eine hohe Energieeffizienz, geringes Gewicht und Designflexibilität, bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten, auf. Dies trifft speziell auf Membran DEA zu, die zusätzlich über einen Vorspannmechanismus verfügen. Diese Kombination zu einem DEA System ermöglicht eine deutliche Leistungssteigerung, birgt jedoch eine deutlich erhöhte Komplexität. Daher wird in dieser Arbeit ein systematischer Auslegungsprozess entwickelt, um solche Aktorsysteme anwendungsspezifisch anzupassen. Dieser erlaubt, unter anderem mit empirisch ermittelten Skalierungsgesetzen zur Aktorgeometrie, alle notwendigen Aktorparameter zu bestimmen. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit des Auslegeprozesses an zwei Beispielen illustriert. Im ersten wird die Kraft eines Membran DEA, die typischerweise im Bereich von einigen hundert mN liegt, um zwei Größenordnungen erhöht. Erstmals erreicht ein solcher Aktor Kräfte von 100 N, während eine innovative Konstruktion dennoch für Kompaktheit sorgt. Mit dem zweiten Aktor können wiederholbare und schnelle (bis zu 0,3 m s -1 ) Aktuierungsdehnungen von >50% erzeugt werden. DEA Systeme, die eine solche Leistungsfähigkeit aufweisen, zeigen, dass sich die Technologie mit herkömmlichen Aktorprinzipien (z.B. elektromagnetische) messen kann. Darüber hinaus bieten DEA zusätzliche Funktionalität und können in Zukunft durch ihre Möglichkeit des „Self-sensing“ auch zur Entwicklung intelligenter Systeme für die Industrie 4.0 beitragen.
2018-09-04T13:52:15Z
2018-09-04T13:52:15Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-273360
hdl:20.500.11880/27164
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27336
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271772019-12-19T12:27:03Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataddc:621.3interface:dnbddc:620
Advanced design and control concepts for actuators based on shape memory alloy wires
Motzki, Paul
Seelecke, Stefan
ddc:600
ddc:620
ddc:621.3
Intelligente Materialien eröffnen durch ihre einzigartigen Formfaktoren ganz neue Designmöglichkeiten und ihre Eigenschaft, Aktorik mit Sensorik zu kombinieren, kann in multifunktionalen Systemen zu bisher ungenutzten Mehrwerten führen. Gleichzeitig führt die hiermit verbundene Komplexität zu neuen Herausforderungen bei der Entwicklung und Ansteuerung von Systemen, sodass es bisher trotz der Vielzahl an Vorteilen noch vergleichsweise wenige kommerzielle Produkte gibt. Diese Dissertation setzt sich als Ziel, diese Herausforderungen zum einen durch die Entwicklung einer systematischen Konstruktionsmethodik als auch durch die beispielhafte Illustration von Konstruktionslösungen anzugehen. Sie konzentriert sich dabei speziell auf das Technologiefeld der Formgedächtnislegierungen (FGL) und erläutert nach einer grundlegenden Einführung in den Entwurf von FGL-Aktorsystemen die intelligente Kopplung von FGL-Aktordrähten mit bistabilen, nichtlinearen Federelementen. Durch diese Kombination lassen sich die oft zitierten Nachteile von FGL – langsame Aktuierung und Energieineffizienz – für viele Anwendungen eliminieren. Ein zweiter Weg zu hoher Geschwindigkeit und Energieeffizienz liegt in der Ansteuerung mit Pulsen bei hohen elektrischen Spannungen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit innovative und gleichzeitig systematische Konzepte zur Entwicklung von FGL-Aktoranwendungen auf und möchte damit einen Beitrag zur weiteren zukünftigen Verbreitung dieser noch jungen Technologie leisten.
Versatility and variability in form factor of smart materials, combined with their actuation and sensing abilities, allow for the design and construction of multifunctional systems. These systems add value to industrial and consumer products. Despite the considerable number of advantages, only a few smart-material-based actuator-sensor-systems are commercially available, mainly due to challenges in design, fabrication, and control of these materials. This dissertation attacks these challenges by providing a systematic design framework, as well as exemplary illustrations of design solutions. Special focus of this work is on the technological field of shape memory alloys (SMA). After a basic introduction to the design of SMA actuator systems, the intelligent combination of SMA actuator wires with bi-stable, nonlinear spring elements is described. This combination eliminates oftentimes-quoted disadvantages of SMAs – slow actuation and energy-inefficiency – for a wide range of applications. A second approach for the realization of high-speed actuation and energy-efficiency is the activation of SMA wires with high voltage pulses, which leads to actuation times in the millisecond-range and energy-savings up to 80 % in comparison to the suppliers’ recommendations. In summary, this thesis demonstrates innovative, and at the same time systematic concepts for the design and control of SMA actuator systems. Thus, it aims at contributing to future spreading of this still young technology.
2018-10-09T07:19:54Z
2018-10-09T07:19:54Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-273542
hdl:20.500.11880/27177
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27354
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/271932019-12-20T15:00:59Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Novel functionalized and patterned surfaces for cardiovascular applications
Schieber, Romain
Mücklich, Frank
ddc:500
ddc:600
Nowadays, cardiovascular diseases are mainly treated by implantation of a metallic or polymeric mesh, called stent, which maintains the artery widely open. This technique shows very good clinical results, however, it exists non-negligible cases of in-stent restenosis (ISR) and late stent thrombosis (LST) during the first year after stent implantation. These complications are mainly due to a delayed recovery of the endothelium after stent implantation, which also involves smooth muscle cells (SMCs) over-proliferation and platelets aggregation. Stent surface modification to modulate a specific cell lineage response has not been comprehensively explored. In particular, surface nano-topography, biofunctionalization or chemical features may be applied to increase endothelial cells (ECs) adhesion and/or migration, and to control platelet agglomeration. The overall aim of this thesis was to obtain novel modified surfaces for stents implants with the ability to induce accelerated reendothelialization and controlled platelet aggregation in order to avoid ISR and LST. On CoCr alloy, as the gold standard material for bare metal stents (BMSs), two different strategies were evaluated, generation of linear patterns by direct laser interference patterning (DLIP) and, immobilization of biomolecules. On poly(L-lactic acid) (PLLA), as a material for bioresorbable stents (BRSs), endothelialization was enhanced by surface functionalization with NaOH etching, plasma treatment and cutinase enzyme hydrolysis. CoCr alloy surfaces were successfully modified with a linear pattern of different periodicities and depths. Afterwards, Arg-Gly-Asp (RGD) and Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg (YIGSR) peptides were covalently immobilized to the surfaces through silanization. Early ECs adhesion was improved on the peptide-functionalized surfaces, especially for YIGSR compared to RGD. High-depth nano-patterned surfaces generated ECs alignment within the topographical lines and enhanced ECs migration. Noteworthy, the combined use of both strategies, topography and biofunctionalization, synergistically accelerated the ECs migration and proliferation. Also, platelet adhesion and aggregation decreased in all patterned surfaces compared to smooth CoCr XI probably due to changes in wettability and oxide layer characteristics. Cellular studies provided evidence of the potential of DLIP topographies and YIGSR biofunctionalization to foster endothelialization without enhancement of platelet adhesion, which will be of high importance when designing new stents. Concerning polymeric biodegradable materials, PLLA films were obtained by solvent-casting in chloroform and, oxygen plasma, NaOH solution or cutinase enzyme treatments were used to functionalize the PLLA films and create surface hydroxyl and carboxyl groups without compromising biocompatibility. A higher amount of functional groups and an improved ECs adhesion was observed by oxygen plasma and cutinase enzyme hydrolysis compared to NaOH etching. Plasma or cutinase enzyme functionalized PLLA films presented a degradation rate similar to a peripheral commercial stent. Finally, 3D-printed PLLA BRSs were obtained by solvent-cast direct write technique. Consequently, the combined use of the solvent-cast direct write technique and plasma or enzyme functionalization holds a great potential to fabricate 3D-printed PLLA BRSs with the capacity to accelerate the surface endothelialization. Overall, the present thesis offers a comprehensive view of the effectiveness of modifying CoCr alloys and PLLA films with specific topographies or functionalization strategies to enhance surface endothelialization while preventing restenosis and thrombosis.
Heutzutage werden vaskuläre Erkrankungen hauptsächlich durch Implantation eines metallischen oder polymeren Netzes, genannt Stent, behandelt, welcher vormals verengte Arterien weit geöffnet hält. Diese Technik zeigt bereits sehr gute klinische Ergebnisse. Allerdings existieren auch nicht zu vernachlässigende Fälle von In-Stent Restenose (ISR) und späten Stentthrombosen (LST) im ersten Jahr nach Implantation des Stents. Diese Komplikationen entstehen hauptsächlich aufgrund einer verzögerten Erholung der Endothele nach Einsetzen des Stents, sowie durch übermäßiges Wachstums der vaskulären glatten Muskelzellen (SMCs) und einer Thrombozytenaggregation. Modifikationen der Stent-Oberfläche, um die Interaktion mit spezifischen Zellypen zu kontrollieren, sind noch nicht umfassend erforscht. Insbesondere können Oberflächen-Nano-Topographie, Biofunktionalisierung oder chemische Modifizierungen angewendet werden, um die Adhäsion und / oder Migration der Endothelzellen (ECs) zu erhöhen und die Agglomeration von Blutplättchen niedrig zu halten. Das Gesamtziel dieser Arbeit war es, neuartige modifizierte Oberflächen für Stentimplantate zu entwickeln, die die Reendothelialisierung beschleunigen und eine Thrombozytenaggregation verringern, um ISR und LST vorzubeugen. Auf einer CoCr-Legierung, dem Gold-Standard-Material für unbeschichtete Metallstents (BMSs), wurden zwei unterschiedliche Strategien verfolgt; einerseits die Erzeugung linearer Muster durch direkte Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) und Immobilisierung von Biomolekülen. Auf Poly (L-Milchsäure) (PLLA) als Material für bioresorbierbare Stents (BRSs) wurde die Endothelialisierung durch Oberflächenfunktionalisierung mit NaOH-Ätzen, mit einer Plasmabehandlung und mit Cutinase-Enzym-Hydrolyse verbessert. Zum anderen wurden Oberflächen einer CoCr-Legierung erfolgreich mit einem Linien-Muster unterschiedlicher Periodizität und Tiefe modifiziert. Anschließend wurden Arg-Gly-Asp (RGD) und Tyr-lle-Gly-Ser-Arg (YIGSR) Peptide durch Silanisierung kovalent an den Oberflächen immobilisiert. Die frühe ECs-Adhäsion wurde auf den Peptid-funktionalisierten Oberflächen verbessert, insbesondere XIII für YIGSR im Vergleich zu RGD. Nanostrukturierte Oberflächen mit großer Tiefe erzeugten eine ECs-Ausrichtung innerhalb der topographischen Linien und förderten die EC-Migration und -Proliferation. Bemerkenswerterweise wurden diese synergetisch durch Kombination der zwei Strategien, Topographie und Biofunktionalisierung, beschleunigt. Auch die Thrombozytenadhäsion und –aggregation sanken in allen strukturierten Oberflächen verglichen mit glattem CoCr, möglicherweise auf Grund von Veränderungen der Benetzbarkeit und der Oxidschichteigenschaften. Zellstudien belegen das Potential von DLIP-Topographien und YIGSR-Biofunktionalisierung, um die Endothelialisierung ohne Erhöhung der Thrombozytenadhäsion zu fördern, was von großer Bedeutung bei der Entwicklung neuer Stents sein wird. In Bezug auf polymere biologisch abbaubaren Materialien wurden PLLA-Schichten durch Solvent-Casting in Chloroform hergestellt. Sauerstoffplasma, NaOh-Lösemittel oder Cutinase-Enzym-Behandlungen wurden genutzt, um die PLLA-Schichten zu funktionalisieren und Oberflächen-Hydroxylgruppen und -Carboxylgruppen herzustellen, ohne die Biokompatibilität zu beeinträchtigen. Im Vergleich zu NaOH-Ätzen wurden durch Sauerstoffplasma und durch Cutinase-Enzym-Hydrolyse eine höhere Anzahl an funktionellen Gruppen und eine verbesserte ECs-Adhäsion festgestellt. Plasma- oder Cutinase-Enzym-funktionalisierte PLLA-Schichten zeigten eine ähnliche Degradation wie ein peripher, kommerzieller Stent. Abschließend wurden 3D-gedruckte PLLA-BRSs durch Solvent-Cast Direct Writing hergestellt. Folglich bietet die Kombination aus Solvent-Cast Direct Writing und Plasma- oder Enzymfunktionalisierung ein großes Potenzial, 3D-gedruckte PLLA-BRSs mit beschleunigter Oberflächenendothelialisierung herzustellen. Insgesamt bietet die vorliegende Arbeit einen umfassenden Überblick über die Effektivität der Modifizierung von CoCr-Legierung und PLLA-Filmen mit spezifischen Topographien oder Funktionalisierungsstrategien zur Verbesserung der Oberflächenendothelialisierung bei gleichzeitiger Vermeidung von Restenose und Thrombose.
Actualmente las enfermedades cardiovasculares están principalmente tratadas por implantación de una malla metálica o polimérica, llamada stent, que mantiene la arteria abierta. Esta técnica presenta muy buenos resultados clínicos, sin embargo, existen casos de reestenosis intra-stent (ISR) y trombosis tardia del stent (LST) durante el año que sigue la implantación. Estas complicaciones están principalmente debidas a una reparación demasiado lenta del endotelio después de la implantación del stent; que también implica una sobre-proliferación de células musculares lisas y una agregación de plaquetas. La modificación de la superficie del stent para generar una respuesta celular específica no ha sido explorada en profundidad. Particularmente, nano-topografía, biofuncionalización o modificaciones químicas pueden ser aplicadas para incrementar la adhesión y la migración de las células endoteliales (ECs), y para controlar la aglomeración de las plaquetas. El objetivo global de esta tesis es de obtener nuevas superficies modificadas para stent implantes con la habilidad de inducir una endotelización acelerada y de controlar la agregación de plaquetas. Sobre CoCr, material de referencia para los stent metálicos desnudos (BMSs), dos estrategias diferentes fueron evaluadas, la creación de patrones lineales por la técnica Direct Laser Interference Patterning (DLIP) y, la inmovilización de biomoléculas. Sobre acido L-poliláctico (PLLA), como material para stent biodegradables (BRSs), la endotelización fue activada por funcionalización de la superficie vía tratamientos con NaOH, plasma o enzima cutinasa. Patrones lineales de diferentes periodicidades y profundidades fueron obtenidos sobre superficies de CoCr. Después, los péptidos Arg-Gly-Asp (RGD) y Tyr-Ile-Gly-Ser-Arg (YIGSR) fueron enganchados covalentemente por silanización sobre les superficies de CoCr lisas y con patrones. La adhesión de ECs aumento sobre las superficies funcionalizadas, especialmente con el péptido YIGSR comparado con el RGD. Las superficies con patrones profundos generaron un alineamiento de las ECs con la dirección de las líneas del patrón y aceleraron la migración de esas mismas células. Además, el uso combinado de XV esas dos estrategias, topografía y biofuncionalización, acelero sinérgicamente la migración y la proliferación de las ECs. Por fin, la adhesión y la agregación de plaquetas disminuyo sobre todas las superficies con patrones comparado con las superficies de CoCr lisas, efecto causado por los cambios de la capa de óxido introducido por la técnica DLIP. Los estudios celulares demuestran el potencial de las topografías DLIP y de la biofuncionalización para mejorar la endotelización sin aumentar la adhesión de plaquetas, lo que puede ser interesante a la hora de diseñar nuevos stents. En cuanto a los stent biodegradables, películas de PLLA fueron obtenidas por la técnica de solvent-casting y, plasma de oxígeno, solución de NaOH o enzima cutinasa fueron utilizados para funcionalizar esas películas de PLLA y, así crear grupos hidroxilos y carboxilos en superficie sin comprometer la biocompatibilidad. Plasma de oxígeno y enzyma cutinasa generaron más grupos funcionales y mejoraron más la adhesión de ECs comparado con el tratamiento de NaOH. Además, las superficies de PLLA modificadas por plasma o enzima presentaron una degradación similar a la degradación de un stent comercial. Finalmente, BRSs de PLLA fueron obtenidos por impresión 3D vía la técnica de solvent-cast direct write. Consecuentemente, el uso combinado de esa técnica y de la funcionalización por plasma o enzima presenta un gran potencial para fabricar BRSs de PLLA impreso en 3D con la capacidad de acelerar la endotelización de la superficie. En conclusión, esta tesis demuestra la efectividad de modificar las superficies de CoCr o PLLA con topografías específicas o con estrategias de funcionalización para mejorar la endotelización y paralelamente reducir los riesgos de trombosis y reestenosis.
2018-11-06T10:28:37Z
2018-11-06T10:28:37Z
2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-273990
hdl:20.500.11880/27193
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27399
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285182020-10-06T14:04:35Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Routes for GMR-Sensor Design in Non-Destructive Testing
Pelkner, Matthias
Neubauer, Andreas
Reimund, Verena
Kreutzbruck, Marc
Schütze, Andreas
ddc:500
ddc:600
GMR sensors are widely used in many industrial segments such as information technology, automotive, automation and production, and safety applications. Each area requires an adaption of the sensor arrangement in terms of size adaption and alignment with respect to the field source involved. This paper deals with an analysis of geometric sensor parameters and the arrangement of GMR sensors providing a design roadmap for non-destructive testing (NDT) applications. For this purpose we use an analytical model simulating the magnetic flux leakage (MFL) distribution of surface breaking defects and investigate the flux leakage signal as a function of various sensor parameters. Our calculations show both the influence of sensor length and height and that when detecting the magnetic flux leakage of µm sized defects a gradiometer base line of 250 µm leads to a signal strength loss of less than 10% in comparison with a magnetometer response. To validate the simulation results we finally performed measurements with a GMR magnetometer sensor on a test plate with artificial µm-range cracks. The differences between simulation and measurement are below 6%. We report on the routes for a GMR gradiometer design as a basis for the fabrication of NDT-adapted sensor arrays. The results are also helpful for the use of GMR in other application when it comes to measure positions, lengths, angles or electrical currents.
2020-01-03T11:21:18Z
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2012
2018-11-09T08:28:52Z
doc-type:article
Sensors 12 (9): 12169-12183 (2012)
1424-8220
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274231
hdl:20.500.11880/28518
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27423
10.3390/s120912169
eng
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Attribution 3.0 Unported (CC BY 3.0)
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Interaction and UV-Stability of Various Organic Capping Agents on the Surface of Anatase Nanoparticles
Raza, Mohsin
Bachinger, Angelika
Zahn, Nina
Kickelbick, Guido
ddc:500
ddc:600
Anatase nanoparticles synthesized by the sol-gel method were surface-functionalized with long alkyl chain coupling agents as compatibilizers for a nonpolar environment, containing different anchor groups for surface interaction namely phosphonate (dodecyl phosphonate), carboxylate (dodecanoic acid), sulfate (sodium dodecyl sulphate), and amine (dodecyl amine). It was shown that the surface of the nanoparticles can be functionalized with the various surface groups applying similar reaction conditions. The kind of surface interaction was analyzed applying FTIR spectroscopy. The phosphonate and the carboxylate groups interact with the surface via quite strong covalent or coordinative interactions, respectively. The sulfate and amine based coupling agents on the other hand exhibit electrostatic interactions. UV stability studies of the surface bound groups revealed different degradation mechanisms for the various functionalities and moreover showed that phosphonates are the most stable among the investigated surface capping groups.
2020-01-03T15:31:07Z
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2014
2018-11-09T08:29:00Z
doc-type:article
Materials 7 (4): 2890-2912 (2014)
1996-1944
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274348
hdl:20.500.11880/28529
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27434
10.3390/ma7042890
eng
https://www.mdpi.com/1996-1944/7/4/2890/s1
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Direct Laser Interference Patterning: Tailoring of Contact Area for Frictional and Antibacterial Properties
Rosenkranz, Andreas
Hans, Michael
Gachot, Carsten
Thome, Adrian
Bonk, Simon
Mücklich, Frank
ddc:600
ddc:620
Surface functionalization by topographic micro- and nano-structures in order to achieve unique properties, like super-hydrophobicity or ultrahigh light absorption, is a common strategy in nature. In this paper, direct laser interference patterning (DLIP) is presented as a promising tool allowing for the generation of such surface patterns on technical surfaces in order to mimic these biological surfaces and effects. Friction optimization and antibacterial effects by DLIP are exemplarily described. Topographic surface patterns on the micro- and nano-scale demonstrated a significant reduction in the coefficient of friction and bacterial adhesion. It was shown that in both cases, the control of the contact area between surfaces or between surface and bacteria is of utmost importance.
2020-01-06T14:29:01Z
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2016
2018-11-09T08:29:10Z
doc-type:article
Lubricants 4 (1): 2 (2016)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274486
hdl:20.500.11880/28542
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27448
10.3390/lubricants4010002
eng
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Tribo-Mechanisms of Carbon Nanotubes: Friction and Wear Behavior of CNT-Reinforced Nickel Matrix Composites and CNT-Coated Bulk Nickel
Reinert, Leander
Suárez, Sebastian
Rosenkranz, Andreas
ddc:600
ddc:620
In this study, nickel matrix composites reinforced by carbon nanotubes (CNTs) are compared to unreinforced CNT-coated (by drop-casting) bulk nickel samples in terms of their friction and wear behavior, thus gaining significant knowledge regarding the tribological influence of CNTs and the underlying tribo-mechanism. It has been shown that the frictional behavior is mainly influenced by the CNTs present in the contact zone, as just minor differences in the coefficient of friction between the examined samples can be observed during run-in. Consequently, the known effect of a refined microstructure, thus leading to an increased hardness of the CNT reinforced samples, seems to play a minor role in friction reduction compared to the solid lubrication effect induced by the CNTs. Additionally, a continuous supply of CNTs to the tribo-contact can be considered isolated for the reinforced composites, which provides a long-term friction reduction compared to the CNT-coated sample. Finally, it can be stated that CNTs can withstand the accumulated stress retaining to some extent their structural state for the given strain. A comprehensive study performed by complementary analytical methods is employed, including Raman spectroscopy and scanning electron microscopy to understand the involved friction and wear mechanisms.
2020-01-06T15:32:24Z
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2016
2018-11-09T08:29:14Z
doc-type:article
Lubricants 4 (2): 11 (2016)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274537
hdl:20.500.11880/28547
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27453
10.3390/lubricants4020011
eng
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Microstructural and Chemical Characterization of the Tribolayer Formation in Highly Loaded Cylindrical Roller Thrust Bearings
Gachot, Carsten
Hsu, ChiaJui
Suarez Vallejo, Sebastian
Grützmacher, Philipp
Rosenkranz, Andreas
Stratmann, Andreas
Jacobs, Georg
ddc:600
ddc:620
Zinc dithiophosphates (ZDDP) have been widely applied in automobile industry for over 70 years as a lubricant additive for wear protection. Tribolayers have been described as blue- and brown-colored layers on surfaces observed by microscopical observation or even bare eye presumably as a consequence of layer thickness or chemical composition. However, the reaction pathways of ZDDP tribolayers are still not yet fully understood. In the present study, the difference between the blue- and brown-colored tribolayers has been revealed by high resolution methods in cylindrical roller thrust bearings at relatively high contact pressures of around 1.92 GPa. After running a FE8 standard bearing test with a normal load of 80 kN and a temperature of 60 °C, said tribolayers could be identified on the bearing surfaces. By using Raman spectroscopy, it could be shown that the blue-colored layers are enriched by FeS and ZnS whereas the brown-colored layers show a significant amount of Fe3O4. This is an interesting finding as it clearly shows a correlation between the color appearance of the films and the chemical composition besides potential film thickness variations. Finally, transmission electron microscopy verified the amorphous nature of the formed tribolayer which is in a good agreement with literature.
2020-01-06T15:37:21Z
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2016
2018-11-09T08:29:14Z
doc-type:article
Lubricants 4 (2): 19 (2016)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274547
hdl:20.500.11880/28548
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27454
10.3390/lubricants4020019
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285512020-02-06T14:43:22Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
A Green’s Function Molecular Dynamics Approach to the Mechanical Contact between Thin Elastic Sheets and Randomly Rough Surfaces
Putignano, Carmine
Dapp, Wolf B.
Müser, Martin
ddc:600
Adhesion of biological systems is often made possible through thin elastic layers, such as human skin. To address the question of when a layer is sufficiently thin to become adhesive, we extended Green’s function molecular dynamics (GFMD) to account for the finite thickness of an elastic body that is supported by a fluid foundation. We observed that thin layers can much better accommodate rough counterfaces than thick structures. As a result, the contact area is enlarged, in particular, when the width of the layer w approaches or even falls below the short-wavelength cutoff
λs of the surface spectra. In the latter case, the proportionality coefficient between area and load scales is (w/λs)3, which is consistent with Persson’s contact mechanics theory.
2020-01-07T09:41:26Z
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2016
2018-11-09T08:29:16Z
doc-type:article
Biomimetics 1 (1): 7 (2016)
2313-7673
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274578
hdl:20.500.11880/28551
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27457
10.3390/biomimetics1010007
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285812020-10-20T14:22:56Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Review of Portable and Low-Cost Sensors for the Ambient Air Monitoring of Benzene and Other Volatile Organic Compounds
Spinelle, Laurent
Gerboles, Michel
Kok, Gertjan
Persijn, Stefan
Sauerwald, Tilman
ddc:600
This article presents a literature review of sensors for the monitoring of benzene in ambient air and other volatile organic compounds. Combined with information provided by stakeholders, manufacturers and literature, the review considers commercially available sensors, including PID-based sensors, semiconductor (resistive gas sensors) and portable on-line measuring devices as for example sensor arrays. The bibliographic collection includes the following topics: sensor description, field of application at fixed sites, indoor and ambient air monitoring, range of concentration levels and limit of detection in air, model descriptions of the phenomena involved in the sensor detection process, gaseous interference selectivity of sensors in complex VOC matrix, validation data in lab experiments and under field conditions.
2020-01-15T15:21:58Z
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2017
2018-11-09T08:29:30Z
doc-type:article
Sensors 17 (7): 1520 (2017)
1424-8220
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274782
hdl:20.500.11880/28581
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27478
10.3390/s17071520
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/294862022-12-01T11:26:52Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Optimized Design of Thermoelectric Energy Harvesting Systems for Waste Heat Recovery from Exhaust Pipes
Nesarajah, Marco
Frey, Georg
ddc:600
energy efficiency
energy harvesting system
exhaust pipe
heating mockup
Modelica
thermoelectric generator
waste heat recovery
With the increasing interest in energy efficiency and resource protection, waste heat recovery processes have gained importance. Thereby, one possibility is the conversion of the heat energy into electrical energy by thermoelectric generators. Here, a thermoelectric energy harvesting system is developed to convert the waste heat from exhaust pipes, which are very often used to transport the heat, e.g., in automobiles, in industrial facilities or in heating systems. That is why a mockup of a heating is built-up, and the developed energy harvesting system is attached. To build-up this system, a model-based development process is used. The setup of the developed energy harvesting system is very flexible to test different variants and an optimized system can be found in order to increase the energy yield for concrete application examples. A corresponding simulation model is also presented, based on previously developed libraries in Modelica®/Dymola®. In the end, it can be shown—with measurement and simulation results—that a thermoelectric energy harvesting system on the exhaust pipe of a heating system delivers extra energy and thus delivers a contribution for a more efficient usage of the inserted primary energy carrier.
2020-08-05T11:03:39Z
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2017
2018-11-09T08:29:31Z
doc-type:article
Applied Sciences 7 (6): 634 (2017)
2076-3417
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274794
hdl:20.500.11880/29486
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27479
10.3390/app7060634
eng
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Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
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Nanosizing Cynomorium: Thumbs up for Potential Antifungal Applications
Griffin, Sharoon
Alkhayer, Reem
Mirzoyan, Seda
Turabyan, Astghik
Zucca, Paolo
Sarfraz, Muhammad
Nasim, Muhammad Jawad
Trchounian, Armen
Rescigno, Antonio
Keck, Cornelia M.
Jacob, Claus
ddc:600
Cynomorium coccineum L., the desert thumb, is a rather exotic, parasitic plant unable to engage in photosynthesis, yet rich in a variety of unique compounds with a wide spectrum of biological applications. Whilst extraction, separation and isolation of such compounds is time consuming, the particular properties of the plant, such as dryness, hardness and lack of chlorophyll, render it a prime target for possible nanosizing. The entire plant, the external layer (coat) as well as its peel, are readily milled and high pressure homogenized to yield small, mostly uniform spherical particles with diameters in the range of 300 to 600 nm. The best quality of particles is obtained for the processed entire plant. Based on initial screens for biological activity, it seems that these particles are particularly active against the pathogenic fungus Candida albicans, whilst no activity could be observed against the model nematode Steinernema feltiae. This activity is particularly pronounced in the case of the external layer, whilst the peeled part does not seem to inhibit growth of C. albicans. Thanks to the ease of sample preparation, the good quality of the nanosuspension obtained, and the interesting activity of this natural product, nanosized coats of Cynomorium may well provide a lead for future development and applications as “green” materials in the field of medicine, but also environmentally, for instance in agriculture.
2020-01-16T15:16:50Z
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2017
2018-11-09T08:29:32Z
doc-type:article
Inventions 2 (3): 24 (2017)
2411-5134
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274817
hdl:20.500.11880/28585
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27481
10.3390/inventions2030024
eng
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Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
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Integrated Sensor System for Condition Monitoring of Electromechanical Cylinders
Helwig, Nikolai
Merten, Philip
Schneider, Tizian
Schütze, Andreas
ddc:600
condition monitoring
MEMS
multivariate statistics
In this work, a sensor system mechanically integrated in an electromechanical cylinder is presented with the goal of measuring relevant quantities for condition monitoring. The system monitors those parts of the cylinder which are mainly affected by wear processes, i.e., spindle drive and ball bearings. Primarily low-cost MEMS sensors, e.g., for acceleration/vibration, IR emission, and position, are integrated on specially designed ring PCBs which are mounted at the front of the spindle ball screw nut allowing, e.g., the detection of spindle defects.
2020-01-16T15:29:08Z
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2017
2018-11-09T08:29:33Z
doc-type:article
Proceedings 1 (4): 626 (2017)
2504-3900
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274824
hdl:20.500.11880/28586
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27482
10.3390/proceedings1040626
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285872020-10-20T14:31:44Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Performance Evaluation of Low-Cost BTEX Sensors and Devices within the EURAMET Key-VOCs Project
Spinelle, Laurent
Gerboles, Michel
Kok, Gertjan
Persijn, Stefan
Sauerwald, Tilman
ddc:600
The KEY-VOCs project is a EURAMET joint research project focused on key Volatile Organic Compounds (VOCs) in air. One of its activities is the evaluation of sensors-based measurement systems. In Europe, the monitoring of benzene in ambient air is mandatory as set by the European Directive for air quality (AQD) [1]. This Directive states that the reference method of measurement shall consist of active or on-line sampling followed by gas chromatography [2]. These methods are time consuming, expensive to implement and not easily portable prohibiting more local estimation of the population exposure. However, the AQD allows using indicative measurements with higher uncertainty than those of the reference methods. Sensor systems are good candidates for indicative methods with the additional ability of near-to real-time measurements.
2020-01-16T15:43:10Z
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2017
2018-11-09T08:29:33Z
doc-type:article
Proceedings 1 (4): 425 (2017)
2504-3900
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274833
hdl:20.500.11880/28587
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27483
10.3390/proceedings1040425
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285892020-10-20T14:32:51Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Low Friction and High Solid-Solid Contact Ratio—A Contradiction for Laser-Patterned Surfaces?
Bettscheider, Simon
Grützmacher, Philipp
Rosenkranz, Andreas
ddc:600
Recording of Stribeck-like curves is a common way to study the effect of laser-patterned surfaces on the frictional efficiency. However, solely relying on the coefficient of friction when identifying the lubrication regime and the underlying working principles can be misleading. Consequently, a ball-on-disc tribometer was combined with an electrical resistivity circuit to simultaneously measure Stribeck-like curves and solid-solid contact ratios for polished and laser-patterned samples. Line-like surface patterns with different periodicities were produced by direct laser interference patterning on steel substrates (AISI304). The reference shows a Stribeck-like behavior well correlating with the contact ratios. The behavior deviates for high sliding velocities (high contact ratios) due to a loss of lubricant induced by centrifugal forces pulling the lubricant out of the contact zone. In contrast, the solid–solid contact ratio of the laser-patterned samples is around 80% for all sliding velocities. Those values can be explained by higher contact pressures and the structural depth induced by the surface topography which make a full separation of the surfaces unlikely. Despite those high values for the contact ratio, laser-patterning significantly reduces friction, which can be traced back to a reduced real contact area and the ability to store oil in the contact zone.
2020-01-16T15:47:49Z
2020-01-16T15:47:49Z
2017
2018-11-09T08:29:34Z
doc-type:article
Lubricants 5 (3): 35 (2017)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274846
hdl:20.500.11880/28589
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27484
10.3390/lubricants5030035
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285902020-10-20T14:33:59Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
On the Fragility of Bulk Metallic Glass Forming Liquids
Gallino, Isabella
ddc:600
In contrast to pure metals and most non-glass forming alloys, metallic glass-formers are moderately strong liquids in terms of fragility. The notion of fragility of an undercooling liquid reflects the sensitivity of the viscosity of the liquid to temperature changes and describes the degree of departure of the liquid kinetics from the Arrhenius equation. In general, the fragility of metallic glass-formers increases with the complexity of the alloy with differences between the alloy families, e.g., Pd-based alloys being more fragile than Zr-based alloys, which are more fragile than Mg-based alloys. Here, experimental data are assessed for 15 bulk metallic glasses-formers including the novel and technologically important systems based on Ni-Cr-Nb-P-B, Fe-Mo-Ni-Cr-P-C-B, and Au-Ag-Pd-Cu-Si. The data for the equilibrium viscosity are analyzed using the Vogel–Fulcher–Tammann (VFT) equation, the Mauro–Yue–Ellison–Gupta–Allan (MYEGA) equation, and the Adam–Gibbs approach based on specific heat capacity data. An overall larger trend of the excess specific heat for the more fragile supercooled liquids is experimentally observed than for the stronger liquids. Moreover, the stronger the glass, the higher the free enthalpy barrier to cooperative rearrangements is, suggesting the same microscopic origin and rigorously connecting the kinetic and thermodynamic aspects of fragility.
2020-01-16T15:54:34Z
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2017
2018-11-09T08:29:36Z
doc-type:article
Entropy 19 (9): 483 (2017)
1099-4300
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274851
hdl:20.500.11880/28590
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27485
10.3390/e19090483
eng
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Enhanced Growth of ZDDP-Based Tribofilms on Laser-Interference Patterned Cylinder Roller Bearings
Hsu, Chia-Jui
Stratmann, Andreas
Rosenkranz, Andreas
Gachot, Carsten
ddc:600
laser surface treatment
direct laser interference patterning
Laser surface texturing has been successfully applied in the past to various machine elements in order to improve their tribological performance. In this study, direct laser interference patterning was used to produce periodic cross-like surface patterns on commercial cylinder roller bearings. The wear behavior of as-patterned bearings was studied by a modified FE8 test rig under boundary lubrication. A mineral oil (ISO VG 100) as a base oil additivated with 0.02 wt % zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP) was used for the tribological tests which were performed under a Hertzian pressure of 1.92 GPa and maintained at 80 °C and 20 rpm for 2 h. The laser-patterned bearings showed a significantly reduced mass loss by two orders of magnitude compared to the unpatterned reference bearings. A closer look at the samples proved the formation of the characteristic blue-colored ZDDP tribofilm on top of the laser-induced topography maximum positions. Due to the higher contact pressure at the laser-induced peaks, the tribofilm formation was preferable at those positions thus protecting against wear. The laser patterns nearly remained unworn compared to the reference samples. A subsequent Raman analysis of the laser-patterned bearings clearly revealed the formation of zinc and iron sulfides as well as phosphates at the peak points.
2020-01-17T14:44:34Z
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2017
2018-11-09T08:29:37Z
doc-type:article
Lubricants 5 (4): 39 (2017)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-274876
hdl:20.500.11880/28594
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27487
10.3390/lubricants5040039
eng
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Facile Quantification and Identification Techniques for Reducing Gases over a Wide Concentration Range Using a MOS Sensor in Temperature-Cycled Operation
Schultealbert, Caroline
Baur, Tobias
Schütze, Andreas
Sauerwald, Tilman
ddc:600
Dedicated methods for quantification and identification of reducing gases based on model-based temperature-cycled operation (TCO) using a single commercial MOS gas sensor are presented. During high temperature phases the sensor surface is highly oxidized, yielding a significant sensitivity increase after switching to lower temperatures (differential surface reduction, DSR). For low concentrations, the slope of the logarithmic conductance during this low-temperature phase is evaluated and can directly be used for quantification. For higher concentrations, the time constant for reaching a stable conductance during the same low-temperature phase is evaluated. Both signals represent the reaction rate of the reducing gas on the strongly oxidized surface at this low temperature and provide a linear calibration curve, which is exceptional for MOS sensors. By determining these reaction rates on different low-temperature plateaus and applying pattern recognition, the resulting footprint can be used for identification of different gases. All methods are tested over a wide concentration range from 10 ppb to 100 ppm (4 orders of magnitude) for four different reducing gases (CO, H2, ammonia and benzene) using randomized gas exposures.
2020-01-30T16:46:05Z
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2018
2018-11-09T08:29:48Z
doc-type:article
Sensors 18 (3): 744 (2018)
1424-8220
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275022
hdl:20.500.11880/28659
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27502
10.3390/s18030744
eng
https://www.mdpi.com/1424-8220/18/3/744/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/287582020-11-25T10:52:28Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Laser Surface Texturing of TiAl Multilayer Films—Effects of Microstructure and Topography on Friction and Wear
Gachot, Carsten
Grützmacher, Philipp
Rosenkranz, Andreas
ddc:600
laser surface texturing
dry friction
Laser surface texturing is an efficient way to control the friction and wear properties of
materials. Although described in many papers, most previous work relates to a pure topographic
view of laser-textured surfaces. As lasers are heat sources, their thermal impact during treatment can
be high enough to modify the material’s microstructure or surface chemistry and affect tribological
properties as well. This research took a closer look at the microstructure of laser-textured TiAl
multilayers, besides topographic aspects. Direct laser interference patterning was used to create
well-defined line-like surface textures in TiAl multilayers with differing lateral feature sizes in the
micron range. High-resolution techniques such as TEM and XRD highlighted the effect of this method
on microstructure, and in particular, the phase situation of the TiAl multilayer. Thermal simulations
demonstrated that the maximum achievable temperatures were around 2000 K, thus being high
enough to melt Ti and Al. Cooling rates on the order of 109 K/s depended on the lateral feature
size, potentially leading to metastable microstructures. Finally, ball-on-disk tests on as-textured TiAl
specimens showed a reduction in wear under dry conditions depending on the periodicity of the
line-like textures used.
2020-02-20T16:06:25Z
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2018
2018-11-09T08:29:56Z
doc-type:article
Lubricants 6 (2): 36 (2018)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275080
hdl:20.500.11880/28758
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27508
10.3390/lubricants6020036
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/288352020-11-25T14:40:11Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Effect of Low Depth Surface Texturing on Friction Reduction in Lubricated Sliding Contact
Kasem, Haytam
Stav, Ori
Grützmacher, Philipp
Gachot, Carsten
ddc:600
surface texturing
low depth
Laser surface texturing is an interesting possibility to tailor materials’ surfaces and thus to improve the friction and wear properties if proper texture feature sizes are selected. In this research work, stainless steel surfaces were laser textured by two different laser techniques, i.e., the direct laser interference patterning by using a nanosecond pulsed Nd:YAG laser and additionally by an ultrashort pulsed femtosecond Ti:Sa. The as-textured surfaces were then studied regarding their frictional response in a specially designed linear reciprocating test rig under lubricated conditions with a fully formulated 15W40 oil. Results show that dimples with smaller diameter lead to a significant reduction in the coefficient of friction compared to the dimples with a larger diameter and surfaces with a grid-like surface pattern produced by direct laser interference patterning.
2020-03-05T15:11:26Z
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2018
2018-11-09T08:29:57Z
doc-type:article
Lubricants 6 (3): 62 (2018)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275106
hdl:20.500.11880/28835
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27510
10.3390/lubricants6030062
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/289022020-11-25T14:53:12Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Local Characterization of Precipitation and Correlation with the Prior Austenitic Microstructure in Nb-Ti-Microalloyed Steel by SEM and AFM Methods
Eisenhut, Lena
Fell, Jonas
Motz, Christian
ddc:600
micro-alloyed steels
precipitations
Zener pinning
atomic force microscopy (AFM)
precipitation-microstructure correlation
EBSD
reconstruction methods
Precipitation is one of the most important influences on microstructural evolution during thermomechanical processing (TMCP) of micro-alloyed steels. Due to precipitation, pinning of prior austenite grain (PAG) boundaries can occur. To understand the mechanisms in detail and in relation to the thermomechanical treatment, a local characterization of the precipitation state depending on the microstructure is essential. Commonly used methods for the characterization, such as transmission electron microscopy (TEM) or matrix dissolution techniques, only have the advantage of local or statistically secured characterization. By using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) techniques, both advantages could be combined. In addition, in the present work a correlation of the precipitation conditions with the prior austenite grain structure for different austenitization states could be realized by Electron Backscatter Diffraction (EBSD) measurement and reconstruction methods using the reconstruction software Merengue 2.
2020-03-22T13:37:00Z
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2018
2018-11-09T08:30:01Z
doc-type:article
Metals 8 (8): 636 (2018)
2075-4701
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275153
hdl:20.500.11880/28902
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27515
10.3390/met8080636
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/289032021-01-12T09:59:34Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Contact-Patch-Size Distribution and Limits of Self-Affinity in Contacts between Randomly Rough Surfaces
Müser, Martin H.
Wang, Anle
ddc:600
surface roughness
contact mechanic
friction
wear
Amontons’ law
Archard’s law
True contact between solids with randomly rough surfaces tends to occur at a large number of microscopic contact patches. Thus far, two scaling regimes have been identified for the number density n(A) of contact-patch sizes A in elastic, non-adhesive, self-affine contacts. At small A, n(A) is approximately constant, while n(A) decreases as a power law at large A. Using Green’s function molecular dynamics, we identify a characteristic (maximum) contact area Ac above which a superexponential decay of n(A) becomes apparent if the contact pressure is below the pressure pcp at which contact percolates. We also find that Ac increases with load relatively slowly far away from contact percolation. Results for Ac can be estimated from the stress autocorrelation function Gσσ(r) with the following argument: the radius of characteristic contact patches, rc, cannot be so large that Gσσ(rc) is much less than p2cp. Our findings provide a possible mechanism for the breakdown of the proportionality between friction and wear with load at large contact pressures and/or for surfaces with a large roll-off wavelength.
2020-03-22T13:46:11Z
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2018
2018-11-09T08:30:02Z
doc-type:article
Lubricants 6 (4): 85 (2018)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275162
hdl:20.500.11880/28903
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27516
10.3390/lubricants6040085
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/289042021-01-12T10:01:39Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Effect of Carbon Partitioning, Carbide Precipitation, and Grain Size on Brittle Fracture of Ultra-High-Strength, Low-Carbon Steel after Welding by a Quenching and Partitioning Process
Forouzan, Farnoosh
Guitar, M. Agustina
Vuorinen, Esa
Mücklich, Frank
ddc:600
low-carbon AHSS
Q&P
toughness
modelling
precipitation
martensite packet
To improve the weld zone properties of Advanced High Strength Steel (AHSS), quenching and partitioning (Q&P) has been used immediately after laser welding of a low-carbon steel. However, the mechanical properties can be affected for several reasons: (i) The carbon content and amount of retained austenite, bainite, and fresh martensite; (ii) Precipitate size and distribution; (iii) Grain size. In this work, carbon movements during the partitioning stage and prediction of Ti (C, N), and MoC precipitation at different partitioning temperatures have been simulated by using Thermocalc, Dictra, and TC-PRISMA. Verification and comparison of the experimental results were performed by optical microscopy, X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscop (SEM), and Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM), and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Electron Backscatter Scanning Diffraction (EBSD) analysis were used to investigate the effect of martensitic/bainitic packet size. Results show that the increase in the number density of small precipitates in the sample partitioned at 640 °C compensates for the increase in crystallographic packets size. The strength and ductility values are kept at a high level, but the impact toughness will decrease considerably.
2020-03-22T13:58:40Z
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2018
2018-11-09T08:30:03Z
doc-type:article
Metals 8 (10): 747 (2018)
2075-4701
urn:nbn:de:bsz:291--ds-275179
hdl:20.500.11880/28904
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27517
10.3390/met8100747
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299412021-04-01T12:05:11Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
UV-Assisted Gate Bias Cycling in Gas-Sensitive Field-Effect Transistors
Bastuck, Manuel
Puglisi, Donatella
Spetz, Anita Lloyd
Schütze, Andreas
Sauerwald, Tilman
Andersson, Mike
ddc:600
gas sensors
SiC-FET
dynamic operation
gate bias cycled operation
linear discriminant analysis
Static and dynamic responses of a silicon carbide field-effect transistor gas sensor have been investigated at two different gate biases in several test gases. Especially the dynamic effects are gas dependent and can be used for gas identification. The addition of ultraviolet light reduces internal electrical relaxation effects, but also introduces new, temperature-dependent effects.
2020-11-04T10:27:58Z
2020-11-04T10:27:58Z
2018
2019-02-15T07:54:21Z
doc-type:conferenceObject
Proceedings 2 (13): 999 (2018)
urn:nbn:de:bsz:291--ds-277645
hdl:20.500.11880/29941
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27764
10.3390/proceedings2130999
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/292372021-01-12T12:31:51Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
The Impact of Hydrogen on Mechanical Properties; A New In Situ Nanoindentation Testing Method
Müller, Christian
Zamanzade, Mohammad
Motz, Christian
ddc:600
nickel
nanoindentation
hardness
brittleness and ductility
hydrogen embrittlement
We have designed a new method for electrochemical hydrogen charging which allows us to charge very thin coarse-grained specimens from the bottom and perform nanomechanical testing on the top. As the average grain diameter is larger than the thickness of the sample, this setup allows us to efficiently evaluate the mechanical properties of multiple single crystals with similar electrochemical conditions. Another important advantage is that the top surface is not affected by corrosion by the electrolyte. The nanoindentation results show that hydrogen reduces the activation energy for homogenous dislocation nucleation by approximately 15–20% in a (001) grain. The elastic modulus also was observed to be reduced by the same amount. The hardness increased by approximately 4%, as determined by load-displacement curves and residual imprint analysis.
2020-06-10T10:57:09Z
2020-06-10T10:57:09Z
2019
2019-02-15T07:54:26Z
doc-type:article
Micromachines 10 (2): 114 (2019)
2072-666X
urn:nbn:de:bsz:291--ds-277697
hdl:20.500.11880/29237
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27769
10.3390/mi10020114
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/273832019-06-14T14:07:31Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:004open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:500ddc:620
Scalable positioning of commodity mobile devices using audio signals
Erdélyi, Viktor Tamás
Druschel, Peter
ddc:004
ddc:500
ddc:600
mobile computing
relative positioning
localization
This thesis explores the problem of computing a position map for co-located mobile devices. The positioning should happen in a scalable manner without requiring specialized hardware and without requiring specialized infrastructure (except basic Wi-Fi or cellular access). At events like meetings, talks, or conferences, a position map can aid spontaneous communication among users based on their relative position in two ways. First, it enables users to choose message recipients based on their relative position, which also enables the position-based distribution of documents. Second, it enables senders to attach their position to messages, which can facilitate interaction between speaker and audience in a lecture hall and enables the collection of feedback based on users’ location. In this thesis, we present Sonoloc, a mobile app and system that, by relying on acoustic signals, allows a set of commodity smart devices to determine their relative positions. Sonoloc can position any number of devices within acoustic range with a constant number of acoustic signals emitted by a subset of devices. Our experimental evaluation with up to 115 devices in real rooms shows that – despite substantial background noise – the system can locate devices with an accuracy of tens of centimeters using no more than 15 acoustic signals.
Diese Dissertation befasst sich mit dem Problem, eine Positionskarte von sich am gleichen Ort befindenden mobilen Geräten zu berechnen. Dies soll skalierbar, ohne Verwendung von spezialisierter Hardware oder Infrastruktur (ausgenommen einfache WLAN- oder Mobilfunkzugang) erfolgen. Bei Veranstaltungen wie Meetings, Diskussionen oder Konferenzen kann eine Positionskarte die Benutzer bei spontaner Kommunikation mithilfe der relativen Positionen in zweierlei Hinsicht unterstützen. Erstens ermöglicht sie den Benutzern, die Empfänger von Nachrichten aufgrund deren Position zu wählen, was auch eine positionsabhängige Verteilung von Unterlagen erlaubt. Zweitens ermöglicht sie den Sendern, ihre Position in die Nachrichten zu integrieren, was eine Interaktion zwischen Referent und Zuhörer in einem Hörsaal und die Sammlung von positionsabhängigen Rückmeldungen erlaubt. In dieser Dissertation stellen wir die Mobile-App und das System Sonoloc vor, das mithilfe von Tonsignalen erlaubt, die relative Position handelsüblicher, intelligenter Geräte zu bestimmen. Sonoloc kann eine beliebige Zahl von Geräten innerhalb des Hörbereichs durch eine gleichbleibende Zahl von Tonsignalen, die von einer Teilmenge der Geräte gesendet werden, lokalisieren. Unsere experimentelle Analyse mit bis zu 115 Geräten in echten Räumen zeigt, dass das System trotz signifikanter Hintergrundgeräusche unter Verwendung von bis zu 15 Tonsignalen mit einer Genauigkeit von wenigen Dezimetern Geräte lokalisieren kann.
This work was supported in part by the European Research Council (ERC Synergy imPACT 610150), the German Science Foundation (DFG CRC 1223), the Japan Society for the Promotion of Science (Grant-in-Aid for Scientific Research (A), KAKENHI Grant Number 16H01735), and the National Science Foundation (NSF Awards CNS 1526635 and CNS 1314857).
2019-04-09T13:16:10Z
2019-04-09T13:16:10Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-277767
hdl:20.500.11880/27383
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27776
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3D-FIB characterization of wear in WC-Co coated composites
García, José
Carvalho Miranda, Thais
Pinto, Haroldo Cavalcanti
Soldera, Flavio
Mücklich, Frank
ddc:600
ddc:620
Abstract. In this work 3D visualization of wear in milling inserts has been investigated by Focused
Ion Beam tomography. It has been observed that the morphology of the cracks differs in the z-axis
direction, allowing particular characteristics of the microstructure and wear evolution to be visible.
Two types of cracks develop: principal and lateral cracks. The formation of lateral cracks is strongly influenced by the degradation of the binder phase in the regions surrounding the principal crack. The lateral cracks and the deflection of the main cracks present a particular semi-elliptical geometry, which correlates with the stress field originated during the input of a cycling load in a fatigue condition.
2019-04-09T08:08:20Z
2019-04-09T08:08:20Z
2015
doc-type:article
1662-9752
urn:nbn:de:bsz:291--ds-277864
hdl:20.500.11880/27373
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27786
10.4028/www.scientific.net/MSF.825-826.995
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299672020-11-24T11:42:13Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Graphene Decorated with Iron Oxide Nanoparticles for Highly Sensitive Interaction with Volatile Organic Compounds
Rodner, Marius
Puglisi, Donatella
Ekeroth, Sebastian
Helmersson, Ulf
Shtepliuk, Ivan
Yakimova, Rositsa
Skallberg, Andreas
Uvdal, Kajsa
Schütze, Andreas
Eriksson, Jens
ddc:600
epitaxial graphene
metal oxide nanoparticle
gas sensor
volatile organic compounds
benzene
formaldehyde
derivative sensor signal
air quality sensor
Gases, such as nitrogen dioxide, formaldehyde and benzene, are toxic even at very low concentrations. However, so far there are no low-cost sensors available with sufficiently low detection limits and desired response times, which are able to detect them in the ranges relevant for air quality control. In this work, we address both, detection of small gas amounts and fast response times, using epitaxially grown graphene decorated with iron oxide nanoparticles. This hybrid surface is used as a sensing layer to detect formaldehyde and benzene at concentrations of relevance (low parts per billion). The performance enhancement was additionally validated using density functional theory calculations to see the effect of decoration on binding energies between the gas molecules and the sensor surface. Moreover, the time constants can be drastically reduced using a derivative sensor signal readout, allowing the sensor to work at detection limits and sampling rates desired for air quality monitoring applications.
2020-11-05T14:00:03Z
2020-11-05T14:00:03Z
2019
2019-03-01T10:47:38Z
doc-type:article
Sensors 19 (4): 918 (2019)
1424-8220
urn:nbn:de:bsz:291--ds-277997
hdl:20.500.11880/29967
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27799
10.3390/s19040918
eng
http://www.mdpi.com/1424-8220/19/4/918/s1
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Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/273662019-06-24T11:21:46Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:670open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Wandlungsfähige und angepasste Automation in der Automobilmontage mittels durchgängigem modularem Engineering -Am Beispiel der Mensch-Roboter-Kooperation in der Unterbodenmontage-
Scholer, Matthias
Müller, Rainer
ddc:600
ddc:620
ddc:670
Wandlungsfähige Montage
Automobilmontage
angepasste Automation
serviceorientierte/ dienstorientierte Anlagenplanung
Mensch-Roboter-Kooperation
modulare Prozessplanung
Steuerungskonzept
modulare Anlagenplanung
Modul Konfiguration
Modul Integration
Die Automobilindustrie steht vor Herausforderungen durch verkürzte Lebenszyklen, wachsende Vielfalt und schwankende Märkte. Hersteller benötigen eine anpassungsfähige Produktion mit intelligenter Kombination aus Automatisierung und Handarbeit. Neue Technologien wie cyberphysische Systeme (CPS) und Mensch-Roboter Kooperation (MRK) bieten sich als Lösungen an. Aufgrund hoher Komplexität und anwendungsspezifischer Lösungen ist die Umsetzung aufwändig und schränkt Wiederverwendbarkeit und Anwendungsbereich ein.
Der gezeigte Ansatz besteht darin, das Potenzial angepasster Automatisierung zu nutzen, um Produktivität und Qualität zu verbessern mit gleichzeitiger Wandlungsfähigkeit. Die entwickelte Methodik beschreibt einen durchgängigen Prozess von der Montageplanung bis zur technischen Realisierung. Ein einheitliches Datenmodell ermöglicht die Zuordnung von Prozessanforderungen zu ausführbaren Ressourcenmethoden, die aus einem modularen System konfiguriert sind. Diese Ressourcen sind als physische und cyber Komponenten integriert, was einfache Rekonfiguration ermöglicht. Die Beschreibung der Arbeitsaufgaben des Systems als Workflow Liste ermöglicht eine flexible Prozessanpassung. Aufwändige Programmierung wird durch Parametrierung von wiederverwendbaren Modulen in Kombination mit angepasster Aufgabenbeschreibung ersetzt. In der Praxis zielt die Methodik darauf ab, kürzere Planungszeiten zu erreichen sowie den Einsatz von CPS in der angepasst automatisierten Montage zu erleichtern.
The automotive industry faces challenges due to shortened lifecycles, growing variety and fluctuating markets. Manufacturers require an adaptable production with an intelligent customized combination of automation and manual labour. Novel technologies like cyber-physical systems (CPS) and human-robot collaboration (HRC) evolved as solutions for this demand. Due to high complexity and application specific solutions, the implementation process causes large efforts. This limits the scope of application and reusability. A consistent cross-disciplinary planning approach is missing.
The approach is to use the potential of customized automation to improve productivity and quality while maintaining flexibility and versatility. A methodology was developed to describe an integrated process from assembly planning to technical realization. A uniform data model allows assignment of process requirements to executable methods of resources, configured from a modular system. These resources are integrated as physical and cyber components, allowing easy reconfiguration. The description of the system’s work tasks as a workflow-based work list allows a flexible adaptation of process steps. Elaborate programming efforts are replaced by parameterization of reusable modules in combination with an adapted task description. In practical application, the methodology aims to achieve shorter planning periods by consistency and reusability, as well as easier use of CPS in customized automated assembly.
2019-03-26T08:29:31Z
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2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-278019
hdl:20.500.11880/27366
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27801
ger
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/292382021-01-12T12:33:28Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
A Review on the Properties of Iron Aluminide Intermetallics
Zamanzade, Mohammad
Barnoush, Afrooz
Motz, Christian
ddc:600
aluminide intermetallics
alloy design
brittleness and ductility
corrosion
oxidation
hydrogen embrittlement
Iron aluminides have been among the most studied intermetallics since the 1930s, when their excellent oxidation resistance was first noticed. Their low cost of production, low density, high strength-to-weight ratios, good wear resistance, ease of fabrication and resistance to high temperature oxidation and sulfurization make them very attractive as a substitute for routine stainless steel in industrial applications. Furthermore, iron aluminides allow for the conservation of less accessible and expensive elements such as nickel and molybdenum. These advantages have led to the consideration of many applications, such as brake disks for windmills and trucks, filtration systems in refineries and fossil power plants, transfer rolls for hot-rolled steel strips, and ethylene crackers and air deflectors for burning high-sulfur coal. A wide application for iron aluminides in industry strictly depends on the fundamental understanding of the influence of (i) alloy composition; (ii) microstructure; and (iii) number (type) of defects on the thermo-mechanical properties. Additionally, environmental degradation of the alloys, consisting of hydrogen embrittlement, anodic or cathodic dissolution, localized corrosion and oxidation resistance, in different environments should be well known. Recently, some progress in the development of new micro- and nano-mechanical testing methods in addition to the fabrication techniques of micro- and nano-scaled samples has enabled scientists to resolve more clearly the effects of alloying elements, environmental items and crystal structure on the deformation behavior of alloys. In this paper, we will review the extensive work which has been done during the last decades to address each of the points mentioned above.
2020-06-10T11:07:28Z
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2016
2019-03-29T19:40:10Z
doc-type:article
Crystals 6 (1): 10 (2016)
2073-4352
urn:nbn:de:bsz:291--ds-278717
hdl:20.500.11880/29238
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27871
10.3390/cryst6010010
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299722020-11-10T09:58:28Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3doc-type:articleopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbhas-source-swb:falseddc:620
Capacitive Sensing for Non-Invasive Breathing and Heart Monitoring in Non-Restrained, Non-Sedated Laboratory Mice
González-Sánchez, Carlos
Fraile, Juan-Carlos
Pérez-Turiel, Javier
Damm, Ellen
Schneider, Jochen G.
Zimmermann, Heiko
Schmitt, Daniel
Ihmig, Frank R.
ddc:600
ddc:610
non-invasive sensor
capacitive sensors
physiological signals in mice
stress in mice
Animal testing plays a vital role in biomedical research. Stress reduction is important for improving research results and increasing the welfare and the quality of life of laboratory animals. To estimate stress we believe it is of great importance to develop non-invasive techniques for monitoring physiological signals during the transport of laboratory animals, thereby allowing the gathering of information on the transport conditions, and, eventually, the improvement of these conditions. Here, we study the suitability of commercially available electric potential integrated circuit (EPIC) sensors, using both contact and contactless techniques, for monitoring the heart rate and breathing rate of non-restrained, non-sedated laboratory mice. The design has been tested under different scenarios with the aim of checking the plausibility of performing contactless capture of mouse heart activity (ideally with an electrocardiogram). First experimental results are shown.
2020-11-06T10:05:39Z
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2016
2019-03-29T19:40:15Z
doc-type:article
Sensors 16 (7): 1052 (2016)
1424-8220
urn:nbn:de:bsz:291--ds-278738
hdl:20.500.11880/29972
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27873
10.3390/s16071052
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299802020-11-25T16:26:01Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:540ddc:660ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Influence of Water on Tribolayer Growth When Lubricating Steel with a Fluorinated Phosphonium Dicyanamide Ionic Liquid
Urtis, Luigi A.
Arcifa, Andrea
Zhang, Peng
Du, Junxiao
Fantauzzi, Marzia
Rauber, Daniel
Hempelmann, Rolf
Kraus, Tobias
Rossi, Antonella
Spencer, Nicholas D.
ddc:540
ddc:600
ddc:660
Ionic liquids
tribofilm
mechanochemistry
lubrication small-area X-ray photoelectron spectroscopy
This work aims to elucidate the role of environmental humidity on the tribological
behavior of steel surfaces lubricated with an ionic liquid comprised of a fluorinated phosphonium
cation—tributyl-3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluoro-octyl-phosphonium—and a dicyanamide anion
(i.e. N(CN)2
−). Ball-on-disk tribotests were carried out at room temperature and at various levels of
relative humidity (RH). Water was found to be required to promote the formation of a tribofilm over
the contact area. The reaction layer exhibited a patchy morphology, which resembles that observed
formed with conventional antiwear additives such as ZnDTP. A surface-chemical analysis of the
tribofilm indicated that the tribofilm is composed of fluorides, oxides, and phosphates, pointing to a
stress-induced degradation of the ions and corrosion of the sliding counterparts, which is enabled by
the presence of water at the sliding interface.
2020-11-09T13:19:44Z
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2019
2019-03-29T19:40:37Z
doc-type:article
Lubricants 7 (3): 27 (2019)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-278843
hdl:20.500.11880/29980
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27884
10.3390/lubricants7030027
eng
http://www.mdpi.com/2075-4442/ 7/3/27/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/274592023-03-17T08:47:39Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Intelligent tutoring in virtual reality for highly dynamic pedestrian safety training
Gu, Yecheng
Siekmann, Jörg
ddc:600
ddc:004
virtual reality
intelligent tutoring systems
student modeling
pedestrian safety
This thesis presents the design, implementation, and evaluation of an Intelligent Tutoring System (ITS) with a Virtual Reality (VR) interface for child pedestrian safety training. This system enables children to train practical skills in a safe and realistic virtual environment without the time and space dependencies of traditional roadside training. This system also employs Domain and Student Modelling techniques to analyze user data during training automatically and to provide appropriate instructions and feedback. Thus, the traditional requirement of constant monitoring from teaching personnel is greatly reduced. Compared to previous work, especially the second aspect is a principal novelty for this domain. To achieve this, a novel Domain and Student Modeling method was developed in addition to a modular and extensible virtual environment for the target domain. While the Domain and Student Modeling framework is designed to handle the highly dynamic nature of training in traffic and the ill-defined characteristics of pedestrian tasks, the modular virtual environment supports different interaction methods and a simple and efficient way to create and adapt exercises. The thesis is complemented by two user studies with elementary school children. These studies testify great overall user acceptance and the system’s potential for improving key pedestrian skills through autonomous learning. Last but not least, the thesis presents experiments with different forms of VR input and provides directions for future work.
Diese Arbeit behandelt den Entwurf, die Implementierung sowie die Evaluierung eines intelligenten Tutorensystems (ITS) mit einer Virtual Reality (VR) basierten Benutzeroberfläche zum Zwecke von Verkehrssicherheitstraining für Kinder. Dieses System ermöglicht es Kindern praktische Fähigkeiten in einer sicheren und realistischen Umgebung zu trainieren, ohne den örtlichen und zeitlichen Abhängigkeiten des traditionellen, straßenseitigen Trainings unterworfen zu sein. Dieses System macht außerdem von Domain und Student Modelling Techniken gebrauch, um Nutzerdaten während des Trainings zu analysieren und daraufhin automatisiert geeignete Instruktionen und Rückmeldung zu generieren. Dadurch kann die bisher erforderliche, ständige Überwachung durch Lehrpersonal drastisch reduziert werden. Verglichen mit bisherigen Lösungen ist insbesondere der zweite Aspekt eine grundlegende Neuheit für diesen Bereich. Um dies zu erreichen wurde ein neuartiges Framework für Domain und Student Modelling entwickelt, sowie eine modulare und erweiterbare virtuelle Umgebung für diese Art von Training. Während das Domain und Student Modelling Framework so entworfen wurde, um mit der hohen Dynamik des Straßenverkehrs sowie den vage definierten Fußgängeraufgaben zurecht zu kommen, unterstützt die modulare Umgebung unterschiedliche Eingabeformen sowie eine unkomplizierte und effiziente Methode, um Übungen zu erstellen und anzupassen. Die Arbeit beinhaltet außerdem zwei Nutzerstudien mit Grundschulkindern. Diese Studien belegen dem System eine hohe Benutzerakzeptanz und stellt das Potenzial des Systems heraus, wichtige Fähigkeiten für Fußgängersicherheit durch autodidaktisches Training zu verbessern. Nicht zuletzt beschreibt die Arbeit Experimente mit verschiedenen Formen von VR Eingaben und zeigt die Richtung für zukünftige Arbeit auf.
2019-06-17T10:57:45Z
2019-06-17T10:57:45Z
2018
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-278888
hdl:20.500.11880/27459
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27888
eng
openAccess
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/274152023-03-17T09:15:50Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Generalizations of the Multicut Problem for Computer Vision
Levinkov, Evgeny
Andres, Bjoern
ddc:500
ddc:600
ddc:004
Graph decomposition has always been a very important concept in machine learning and computer vision. Many tasks like image and mesh segmentation, community detection in social networks, as well as object tracking and human pose estimation can be formulated as a graph decomposition problem. The multicut problem in particular is a popular model to optimize for a decomposition of a given graph. Its main advantage is that no prior knowledge about the number of components or their sizes is required. However, it has several limitations, which we address in this thesis: Firstly, the multicut problem allows to specify only cost or reward for putting two direct neighbours into distinct components. This limits the expressibility of the cost function. We introduce special edges into the graph that allow to define cost or reward for putting any two vertices into distinct components, while preserving the original set of feasible solutions. We show that this considerably improves the quality of image and mesh segmentations. Second, multicut is notorious to be NP-hard for general graphs, that limits its applications to small super-pixel graphs. We define and implement two primal feasible heuristics to solve the problem. They do not provide any guarantees on the runtime or quality of solutions, but in practice show good convergence behaviour. We perform an extensive comparison on multiple graphs of different sizes and properties. Third, we extend the multicut framework by introducing node labels, so that we can jointly optimize for graph decomposition and nodes classification by means of exactly the same optimization algorithm, thus eliminating the need to hand-tune optimizers for a particular task. To prove its universality we applied it to diverse computer vision tasks, including human pose estimation, multiple object tracking, and instance-aware semantic segmentation. We show that we can improve the results over the prior art using exactly the same data as in the original works. Finally, we use employ multicuts in two applications: 1) a client-server tool for interactive video segmentation: After the pre-processing of the video a user draws strokes on several frames and a time-coherent segmentation of the entire video is performed on-the-fly. 2) we formulate a method for simultaneous segmentation and tracking of living cells in microscopy data. This task is challenging as cells split and our algorithm accounts for this, creating parental hierarchies. We also present results on multiple model fitting. We find models in data heavily corrupted by noise by finding components defining these models using higher order multicuts. We introduce an interesting extension that allows our optimization to pick better hyperparameters for each discovered model. In summary, this thesis extends the multicut problem in different directions, proposes algorithms for optimization, and applies it to novel data and settings.
Die Zerlegung von Graphen ist ein sehr wichtiges Konzept im maschinellen Lernen und maschinellen Sehen. Viele Aufgaben wie Bild- und Gittersegmentierung, Kommunitätserkennung in sozialen Netzwerken, sowie Objektverfolgung und Schätzung von menschlichen Posen können als Graphzerlegungsproblem formuliert werden. Der Mehrfachschnitt-Ansatz ist ein populäres Mittel um über die Zerlegungen eines gegebenen Graphen zu optimieren. Sein größter Vorteil ist, dass kein Vorwissen über die Anzahl an Komponenten und deren Größen benötigt wird. Dennoch hat er mehrere ernsthafte Limitierungen, welche wir in dieser Arbeit behandeln: Erstens erlaubt der klassische Mehrfachschnitt nur die Spezifikation von Kosten oder Belohnungen für die Trennung von zwei Nachbarn in verschiedene Komponenten. Dies schränkt die Ausdrucksfähigkeit der Kostenfunktion ein und führt zu suboptimalen Ergebnissen. Wir fügen dem Graphen spezielle Kanten hinzu, welche es erlauben, Kosten oder Belohnungen für die Trennung von beliebigen Paaren von Knoten in verschiedene Komponenten zu definieren, ohne die Menge an zulässigen Lösungen zu verändern. Wir zeigen, dass dies die Qualität von Bild- und Gittersegmentierungen deutlich verbessert. Zweitens ist das Mehrfachschnittproblem berüchtigt dafür NP-schwer für allgemeine Graphen zu sein, was die Anwendungen auf kleine superpixel-basierte Graphen einschränkt. Wir definieren und implementieren zwei primal-zulässige Heuristiken um das Problem zu lösen. Diese geben keine Garantien bezüglich der Laufzeit oder der Qualität der Lösungen, zeigen in der Praxis jedoch gutes Konvergenzverhalten. Wir führen einen ausführlichen Vergleich auf vielen Graphen verschiedener Größen und Eigenschaften durch. Drittens erweitern wir den Mehrfachschnitt-Ansatz um Knoten-Kennzeichnungen, sodass wir gemeinsam über Zerlegungen und Knoten-Klassifikationen mit dem gleichen Optimierungs-Algorithmus optimieren können. Dadurch wird der Bedarf der Feinabstimmung einzelner aufgabenspezifischer Löser aus dem Weg geräumt. Um die Allgemeingültigkeit dieses Ansatzes zu überprüfen, haben wir ihn auf verschiedenen Aufgaben des maschinellen Sehens, einschließlich menschliche Posenschätzung, Mehrobjektverfolgung und instanz-bewusste semantische Segmentierung, angewandt. Wir zeigen, dass wir Resultate von vorherigen Arbeiten mit exakt den gleichen Daten verbessern können. Abschließend benutzen wir Mehrfachschnitte in zwei Anwendungen: 1) Ein Nutzer-Server-Werkzeug für interaktive Video Segmentierung: Nach der Vorbearbeitung eines Videos zeichnet der Nutzer Striche auf mehrere Einzelbilder und eine zeit-kohärente Segmentierung des gesamten Videos wird in Echtzeit berechnet. 2) Wir formulieren eine Methode für simultane Segmentierung und Verfolgung von lebenden Zellen in Mikroskopie-Aufnahmen. Diese Aufgabe ist anspruchsvoll, da Zellen sich aufteilen und unser Algorithmus dies in der Erstellung von Eltern-Hierarchien mitberücksichtigen muss. Wir präsentieren außerdem Resultate zur Mehrmodellanpassung. Wir berechnen Modelle in stark verrauschten Daten indem wir mithilfe von Mehrfachschnitten höherer Ordnung Komponenten finden, die diesen Modellen entsprechen. Wir führen eine interessante Erweiterung ein, die es unserer Optimierung erlaubt, bessere Hyperparameter für jedes entdeckte Modell auszuwählen. Zusammenfassend erweitert diese Arbeit den Mehrfachschnitt-Ansatz in unterschiedlichen Richtungen, schlägt Algorithmen zur Inferenz in den resultierenden Modellen vor und wendet ihn auf neuartigen Daten und Umgebungen an.
2019-05-06T07:29:30Z
2019-05-06T07:29:30Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-279095
hdl:20.500.11880/27415
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27909
eng
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http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/de/
Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek
oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/289232023-01-27T09:32:03Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Translational PBPK Modeling of the Protein Therapeutic and CD95L Inhibitor Asunercept to Develop Dose Recommendations for Its First Use in Pediatric Glioblastoma Patients
Hanke, Nina
Kunz, Claudia
Thiemann, Meinolf
Fricke, Harald
Lehr, Thorsten
ddc:500
ddc:600
ddc:610
physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) modeling
pediatric PBPK
therapeutic proteins
translational modeling
pediatric drug development
pediatric investigation plan (PIP)
The protein therapeutic and CD95L inhibitor asunercept is currently under clinical investigation for the treatment of glioblastoma and myelodysplastic syndrome. The purpose of this study was to predict the asunercept pharmacokinetics in children and to give dose recommendations for its first use in pediatric glioblastoma patients. A physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) model of asunercept in healthy and diseased adults was successfully developed using the available clinical Phase I and Phase II study data. This model was then extrapolated to different pediatric populations, to predict the asunercept exposure in children and to find equivalent starting doses. Simulation of the asunercept serum concentration-time curves in children between 1–18 years of age shows that a dosing regimen based on body weight results in a similar asunercept steady-state exposure in all patients (pediatric or adult) above 12 years of age. For children between 1–12 years, higher doses per kg body weight are recommended, with the highest dose for the very young patients. Translational PBPK modeling is strongly encouraged by regulatory agencies to help with the initial dose selection for pediatric trials. To our knowledge, this is the first report of pediatric PBPK to support the dose selection of a therapeutic protein before its administration to children.
2020-03-27T14:54:16Z
2020-03-27T14:54:16Z
2019
2019-04-16T08:48:41Z
doc-type:article
Pharmaceutics 11 (4): 152 (2019)
1999-4923
urn:nbn:de:bsz:291--ds-279124
hdl:20.500.11880/28923
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27912
10.3390/pharmaceutics11040152
eng
https://www.mdpi.com/1999-4923/11/4/152/s1
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Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300762020-12-04T14:57:25Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatadoc-type:Otherinterface:dnbddc:500ddc:620
Inspired by Nature: Redox Modulators and Natural Nanoparticles
Nasim, Muhammad Jawad
Alhasan, Rama
Abdin, Ahmad Yaman
Alnahas, Faez
Jacob, Claus
ddc:500
ddc:600
ddc:610
nanoparticles
prevention
redox modulation
secondary metabolites
Numerous secondary metabolites found in edible plants modulate intracellular redox processes and are suggested to prevent certain diseases, especially in ageing organisms. Since such nutraceuticals provide the basis for new and innovative designer diets and therapies, extracting these substances and their potential from plants has become a focus of research, with nanotechnology and natural nanoparticles at the centre of some of these developments.
2020-11-23T13:10:22Z
2020-11-23T13:10:22Z
2019
2019-04-29T10:49:08Z
doc-type:Other
Proceedings 11 (1): 24 (2019)
2504-3900
urn:nbn:de:bsz:291--ds-279264
hdl:20.500.11880/30076
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27926
10.3390/proceedings2019011024
eng
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Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek
oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299892020-11-27T11:02:25Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Generation of Linear Traveling Waves in Piezoelectric Plates in Air and Liquid
Díaz-Molina, Alex
Ruiz-Díez, Víctor
Hernando-García, Jorge
Ababneh, Abdallah
Seidel, Helmut
Sánchez-Rojas, José Luis
ddc:600
traveling waves
piezoelectric
microactuator
MEMS
A micro- to milli-sized linear traveling wave (TW) actuator fabricated with microelectromechanical systems (MEMS) technology is demonstrated. The device is a silicon cantilever actuated by piezoelectric aluminum nitride. Specifically designed top electrodes allow the generation of TWs at different frequencies, in air and liquid, by combining two neighboring resonant modes. This approach was supported by analytical calculations, and different TWs were measured on the same plate by laser Doppler vibrometry. Numerical simulations were also carried out and compared with the measurements in air, validating the wave features. A standing wave ratio as low as 1.45 was achieved in air, with a phase velocity of 652 m/s and a peak horizontal velocity on the device surface of 124 μm/s for a driving signal of 1 V at 921.9 kHz. The results show the potential of this kind of actuator for locomotion applications in contact with surfaces or under immersion in liquid.
2020-11-11T08:12:58Z
2020-11-11T08:12:58Z
2019
2019-04-29T10:49:15Z
doc-type:article
Micromachines 10 (5): 283 (2019)
2072-666X
urn:nbn:de:bsz:291--ds-279286
hdl:20.500.11880/29989
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27928
10.3390/mi10050283
eng
http://www.mdpi.com/2072-666X/10/5/283/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/276222019-12-04T14:51:57Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Increasing phase transformation rate in advanced high strength steel applications
Forouzan, Farnoosh
Frank Mücklich, Esa Vuorinen
ddc:500
ddc:600
ddc:620
The bainite transformation rate has been shown to increase by starting the heat treatment with partial martensite transformation after austenitization. Based on this fact, a process very similar to “Quenching and Partitioning” (Q&P) is used to produce a fine-grained complex microstructure of martensite, bainite and retained austenite with outstanding mechanical properties in a very short time. During this process, different mechanisms including bainite transformation, carbon partitioning, carbide precipitation, grain growth may occur. All these mechanisms can affect the mechanical properties such as strength, ductility and toughness. Investigation of the different mechanisms influencing the properties and subsequent optimization of these is important. In this work, different mechanisms of the Q&P heat treatment process and its practical industrial applications have been investigated. Firstly, the implementation of a Q&P method directly after laser welding for a few seconds to substitute any post welding treatment has been studied. To investigate the feasibility, limitations, and advantages of this method for a low-carbon low-silicon high strength steel, the microstructure and mechanical properties by both modelling and experimental approach were studied. Promising results show that this method can decrease the ordinary post-welding treatment time from a few minutes to a few seconds, and in addition improve the mechanical properties of the fusion zone and the heat affected zone to the same or even higher values in comparison with the base material. In the second part of this work, the effect of quenching and partitioning on the microstructure and mechanical properties of a high carbon steel has been studied. The aim with this part was to optimize the phase transformation rate for production of ultra-high strength steel by controlling its microstructural evolution. The results show that it is possible to get good strength values also for high carbon steels by Q&P treatment. In addition, the approach with process control maps can give a good overview of which properties can be achieved by this method. Hardness value of over 700 HV, and tensile strength of up to 2.5 GPa with a relatively good ductility of 4-6% has been achieved by quenching to room temperature and partitioning for less than one minute at 400 °C resulting in a microstructure consisting of martensite and retained austenite. In a nutshell, the approach to bainite transformation with pre-existing martensite shorten the processing time for development of advanced high strength steels significantly. This method is also possible to be used in industrial processes as in welding.
Die Rate, mit der Austenit zu Bainit umwandelt, wurde erhöht, wenn bereits teilweise Martensit nach der Austenitisierung gebildet wurde. Basierend darauf wurde ein Prozess entwickelt, der sehr ähnlich mit dem „Quenching & Partitioning“-Prozess ist und der mit kurzer Prozesszeit ein feines und komplexes Stahlgefüge bestehend aus Martensit, Bainit und Restaustenit mit exzellenten mechanischen Eigenschaften produziert. Während dieses Prozesses treten mehrere Mechanismen auf, unter anderem die Bainitumwandlung, Kohlenstoffpartitionierung, Karbidausscheidung und Kornwachstum. All diese Mechanismen beeinflussen die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit. Die Untersuchung und anschließende Optimierung dieser Wirkweisen hinsichtlich der genannten Eigenschaften sind sehr wichtig. In der vorliegenden Arbeit wurden die verschiedenen Mechanismen des Q&P-Prozesses auf ihre industrielle Anwendbarkeit hin untersucht. Als erstes wurde der Einsatz von Q&P über wenige Sekunden direkt nach dem Laserschweißen untersucht, um jegliche Schweißnachbehandlungen zu ersetzen. Sowohl Modellierung, als auch Charakterisierung der entstehenden Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften eines niedrigkohligen siliziumarmen hochfesten Stahls wurden herangezogen, um die Anwendbarkeit, Grenzen und Vorteile dieser Methode zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Methode die Schweißnachbearbeitungszeit, die üblicherweise mehrere Minuten beträgt, auf Sekunden reduzieren kann. Zusätzlich werden die mechanischen Eigenschaften der Schweißzone und der Wärmeeinflusszone derart verbessert, dass sie den Level des Ausgangsstahls erreichen oder sogar übersteigen. Im zweiten Teil wird der Einfluss von Q&P auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften eines hochkohligen Stahls untersucht. In diesem Fall war das Ziel die Optimierung der Umwandlungsrate zur Erzeugung eines ultra-hochfesten Gefüges. Es zeigte sich, dass auch für hochkohlige Stähle gute Festigkeitswerte mittels Q&P erzeugt werden können. Darüber hinaus liefern Karten zur Prozesskontrolle eine gute Übersicht, welche Eigenschaften durch diese Methode erzielt werden können. Härtewerte über HV700, und Zugfestigkeiten bis zu 2,5 GPa mit verhältnismäßig guten Duktilitäten von 4-6 % wurden erreicht, indem auf Raumtemperatur abgeschreckt („Quenching“) und für weniger als eine Minute bei 400 °C gehalten wurde („Partitioning“). Das resultierende Gefüge bestand daraufhin aus Martensit und Restaustenit. Zusammengefasst lässt sich die Prozesszeit deutlich verkürzen, wenn die Bainitumwandlung in einem Gefüge der Austenit bereits teilweise zu Martensit umgewandelt ist. Diese Methode besitzt daher auch großes Potential bei der Anwendung in industriellen Schweißprozessen.
Omvandlingen av austenit till bainit kan påskyndas genom att inleda värmebehandlingen genom att först omvandla en del av austeniten till martensit. Baserad på detta faktum, har en process som är mycket lik den så kallade ”Snabbkylning och Omfördelningen” (“Quenching and Partitioning”, (Q&P)) använts för att skapa en finkornig komplex mikrostruktur bestående av martensit, bainit och restaustenit med utmärkta mekaniska egenskaper på mycket kort tid. Under denna process kan olika mekanismer innefattande bainitomvandling, kolomfördelning, karbidutskiljning och korntillväxt förekomma. Dessa kan påverka de mekaniska egenskaperna som hållfasthet, duktilitet och seghet. En undersökning av de olika mekanismerna som påverkar egenskaperna och den efterföljande optimeringen av dessa är viktig. I detta arbete har olika mekanismer som påverkar Q&P värmebehandlingsprocessen och dess praktiska industriella tillämpningar undersökts. I första delen av detta arbete har med denna utgångspunkt implementeringen av en Q&P metod direkt efter lasersvetsning för några sekunder för att ersätta andra efterbehandlingsmetoder studerats. För att studera möjligheterna, begränsningarna och fördelarna av denna metod för ett lågkolhaltigt höghållfast stål med låg kiselhalt har mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna studerats genom såväl modellering som experimentellt. Resultaten är lovande och visar att den vanliga efterbehandlingstiden kan minskas från några minuter till några få sekunder, och därtill kan de mekaniska egenskaperna för den smälta zonen och den värmepåverkade zonen förbättras och kan vara lika bra eller till och med bättre i jämförelse med grundmaterialet. I den andra delen av detta arbete har effekten av Q&P på mikrostrukturen och de mekaniska egenskaperna för ett högkolhaltigt stål studerats. Målet med denna del var att optimera omvandlingshastigheten för att tillverka ultrahöghållfast stål genom att styra mikrostrukturens utveckling. Resultaten visar att det är möjligt att erhålla goda hållfasthetsegenskaper även för högkolhaltiga stål genom Q&P behandling. Därtill, ger ansatsen med processtyrningskartor en bra översikt över vilka egenskaper som kan erhållas med denna metod. Hårdhetsvärde på över 700 HV och brottgräns på upp till 2.5 GPa med relativt god duktilitet på 4-6 % har erhållits genom snabbkylning till rumstemperatur och omfördelning vid 400 °C under mindre än en minut resulterade i en mikrostruktur bestående av martensit och restaustenit. I ett nötskal kan ansatsen att genomföra bainitomvandling med hjälp av en viss andel martensit som skapas i förväg förkorta tiden avsevärt för processer för att utveckla avancerade höghållfasta stål. Metoden är också möjlig att använda för industriella processer som svetsning.
Erasmus mundus+ (DocMase program) funding for 3 years, Luleå university of technology funding for 1 year
2019-08-09T06:00:11Z
2019-08-09T06:00:11Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-280205
hdl:20.500.11880/27622
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28020
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/299982020-12-04T15:16:52Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Geometrically Necessary Dislocations on Plastic Deformation of Polycrystalline TRIP Steel
Roa, Joan Josep
Suarez, Sebastian
Guitar, Agustina
Fargas, Gemma
Mateo, Antonio
ddc:600
metastable stainless steels
nanoindentation
electron backscattered diffraction
plastic deformation mechanisms
geometrically necessary dislocations
In this study, the main deformation behavior in terms of geometrically necessary dislocations (GND) was investigated on a transformation induced plasticity (TRIP) stainless steel by using sharp indentation at nanometric length scale. Results evidence that austenitic grains display an isotropic behavior on terms of GND, the main deformation mechanism being the Frank–Read source activated at local level.
2020-11-12T07:39:05Z
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2019
2019-06-14T07:32:43Z
doc-type:article
Crystals 9 (6): 289 (2019)
2073-4352
urn:nbn:de:bsz:291--ds-280272
hdl:20.500.11880/29998
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28027
10.3390/cryst9060289
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301632021-01-25T08:20:44Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatadoc-type:Otherinterface:dnbddc:500ddc:620
Carbon Nanomaterials—Promising Solid Lubricants to Tailor Friction and Wear
Rosenkranz, Andreas
Suarez, Sebastian
ddc:500
ddc:600
It is our pleasure to launch this Special Issue related to the application of carbon nanomaterials as solid lubricants to tailor friction and wear [...]
2020-12-08T14:13:00Z
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2019
2019-06-28T06:37:27Z
doc-type:Other
Lubricants 7 (6): 51 (2019)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-281576
hdl:20.500.11880/30163
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28157
10.3390/lubricants7060051
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300122023-02-10T10:10:52Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Microstructure and Flux Pinning of Reacted-and-Pressed, Polycrystalline Ba0.6K0.4Fe2As2 Powders
Koblischka, Michael R.
Koblischka-Veneva, Anjela
Schmauch, Jörg
Murakami, Masato
ddc:500
ddc:530
ddc:600
iron-based superconductors
critical currents
flux pinning
microstructure
The flux pinning properties of reacted-and-pressed Ba0.6K0.4Fe2As2 powder were measured
using magnetic hysteresis loops in the temperature range 20 K ≤ T ≤ 35 K. The scaling analysis
of the flux pinning forces (Fp = jc × B, with jc denoting the critical current density) following the
Dew-Hughes model reveals a dominant flux pinning provided by normal-conducting point defects
(δl-pinning) with only small irreversibility fields, Hirr, ranging between 0.5 T (35 K) and 16 T (20 K).
Kramer plots demonstrate a linear behavior above an applied field of 0.6 T. The samples were further
characterized by electron backscatter diffraction (EBSD) analysis to elucidate the origin of the flux
pinning. We compare our data with results of Weiss et al. (bulks) and Yao et al. (tapes), revealing
that the dominant flux pinning in the samples for applications is provided mainly by grain boundary
pinning, created by the densification procedures and the mechanical deformation applied.
2020-11-13T08:06:50Z
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2019
2019-07-11T08:20:11Z
doc-type:article
Materials 12 (13): 2173 (2019)
1996-1944
urn:nbn:de:bsz:291--ds-282433
hdl:20.500.11880/30012
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28243
10.3390/ma12132173
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300562020-11-30T16:11:21Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Impact of the Process Parameters, the Measurement Conditions and the Pre-Machining on the Residual Stress State of Deep Rolled Specimens
Lyubenova, Nataliya
Bähre, Dirk
Krupp, Lukas
Fouquet, Julie
Cronier, Titouan
Patel, Jay
Hoffmann, Joachim Ernst
ddc:500
ddc:600
residual stresses
X-ray diffraction
deep rolling
mechanical surface treatment
surface integrity
process chain
AISI 4140 steel
Mechanical surface treatments, e.g., deep rolling, are widely spread finishing processes due to their ability to enhance the fatigue strength of the treated materials with means of cold working and inducement of favorable compressive residual stresses. Despite of the clear advantages of deep rolling, the controlled generation of compressive residual stresses is still a challenging task, as the process can be influenced by the pre-machining stress state of the treated material. Additionally, the exact characterization of the induced residual stress field is impacted by the specific characteristics of the applied measurement technique. Therefore, this paper is focused on the X-ray diffraction residual stress analysis of deep rolled specimens, pre-machined to achieve rough or polished surface. The deep rolling process was realized as a single-trace to avoid the influence of the other process parameters and the resulted residual stress field on the surface and in depth was investigated. Additionally, the surface residual stress profiles were determined using two different measuring devices to analyze the impact of the different measurement conditions.
2020-11-18T13:51:18Z
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2019
2019-07-11T08:20:14Z
doc-type:article
Journal of Manufacturing and Materials Processing 3 (3): 56 (2019)
2504-4494
urn:nbn:de:bsz:291--ds-282448
hdl:20.500.11880/30056
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28244
10.3390/jmmp3030056
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300202023-05-08T11:51:43Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
On the Solid Lubricity of Electrophoretically Deposited Carbon Nanohorn Coatings
MacLucas, Timothy
Suarez, Sebastian
ddc:500
ddc:600
carbon nanohorns
electrophoretic deposition
tribology
solid lubrication
In this study, dahlia-type carbon nanohorns (CNH) have been deposited onto a stainless
steel substrate by using electrophoretic deposition. Secondly, the lubrication properties of the carbon
nanohorn coating have been researched by tribometry and compared to an uncoated reference.
Wear track analysis has been conducted to identify the underlying tribo-mechanisms. Additionally,
Raman spectroscopy was employed to study the structural changes of the CNH during dispersion
and tribological testing. Furthermore, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) was used in order
to investigate the chemical composition of the wear tracks’ surface. This work has shown that CNH
coatings have the ability to maintain effective solid lubrication on a polished stainless steel surface.
A temporary friction reduction of 83% was achieved compared to the uncoated reference. Moreover,
the lubricity was active for significant periods of time due to the formation of a Mg(OH)2 layer which
provides a certain degree of substrate adhesion as it holds the CNH in the wear track. Once this
holding layer wanes, the CNH are gradually removed from wear track resulting in an increase of the
coefficient of friction. The complete removal of CNH from the wear track as well as considerable
oxide formation was confirmed by EDX. Moreover, the amount of defects in the CNHs’ structure
increases by being exposed to tribological strain. Adhesion has been identified as the dominant
wear mechanism.
2020-11-16T11:47:26Z
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2019
2019-08-09T08:01:12Z
doc-type:article
Lubricants 7 (8): 62 (2019)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-284105
hdl:20.500.11880/30020
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28410
10.3390/lubricants7080062
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/291352021-01-12T10:51:29Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Scalable Bi-Directional SMA-Based Rotational Actuator
Britz, Rouven
Motzki, Paul
Seelecke, Stefan
ddc:600
SMA
shape memory alloy
rotational actuator
antagonistic system
In industrial applications, rotatory motions and torques are often needed. State-of-the-art actuators are based on either combustion engines, electro-motors, hydraulic, or pneumatic machines. The main disadvantages are the construction space, the high weight, and a large amount of needed peripheral devices. To overcome these limitations, compact and light-weight actuator systems can be built by using shape memory alloys (SMAs), which are known for their superior energy density. In this paper, the development of a scalable bi-directional rotational actuator based on SMA wires is presented. The scalability was based on a modular design, which allowed the actuator to be adapted to various application specifications by customizing the rotational angle and the output torque. On the mechanical side, each module enabled a small rotatory motion, which added up to the total angle of the actuator. The SMA wires were arranged in an agonist-antagonist configuration to provide active rotation in both directions. The presented prototype achieved a total rotation of 100°. The modularity of the mechanical concept is also reflected in the electronics, which is discussed in this paper as well. This consideration allows the electronics to be adapted to the mechanics with minimal changes. As a result, a prototype, including the presented mechanical and electronic design, is reported in this study.
2020-05-13T09:34:08Z
2020-05-13T09:34:08Z
2019
2019-08-09T08:01:20Z
doc-type:article
Actuators 8 (3): 60 (2019)
2076-0825
urn:nbn:de:bsz:291--ds-284112
hdl:20.500.11880/29135
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28411
10.3390/act8030060
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/279032023-03-17T09:13:21Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Matrix factorization over dioids and its applications in data mining
Karaev, Sanjar
Miettinen, Pauli
ddc:600
ddc:004
Matrix factorizations are an important tool in data mining, and they have been used extensively for finding latent patterns in the data. They often allow to separate structure from noise, as well as to considerably reduce the dimensionality of the input matrix. While classical matrix decomposition methods, such as nonnegative matrix factorization (NMF) and singular value decomposition (SVD), proved to be very useful in data analysis, they are limited by the underlying algebraic structure. NMF, in particular, tends to break patterns into smaller bits, often mixing them with each other. This happens because overlapping patterns interfere with each other, making it harder to tell them apart. In this thesis we study matrix factorization over algebraic structures known as dioids, which are characterized by the lack of additive inverse (“negative numbers”) and the idempotency of addition (a + a = a). Using dioids makes it easier to separate overlapping features, and, in particular, it allows to better deal with the above mentioned pattern breaking problem. We consider different types of dioids, that range from continuous (subtropical and tropical algebras) to discrete (Boolean algebra). Among these, the Boolean algebra is perhaps the most well known, and there exist methods that allow one to obtain high quality Boolean matrix factorizations in terms of the reconstruction error. In this work, however, a different objective function is used – the description length of the data, which enables us to obtain compact and highly interpretable results. The tropical and subtropical algebras, on the other hand, are much less known in the data mining field. While they find applications in areas such as job scheduling and discrete event systems, they are virtually unknown in the context of data analysis. We will use them to obtain idempotent nonnegative factorizations that are similar to NMF, but are better at separating the most prominent features of the data.
Matrix-Faktorisierungen sind ein wichtiges Werkzeug in Data-Mining und wurden umfangreich zum Auffinden latenter Muster in den Daten verwendet. Oft erlauben sie, die Struktur vom Rauschen zu trennen, sowie Dimensionalität von der Eingabematrix wesentlich zu reduzieren. Obwohl klassische Methoden für die Matrix-Zerlegung, wie z.B. nicht negative Matrixfaktorisierung (NMF) und Singulärwertzerlegung (SVD), in der Datenanalyse sich als sehr nützlich erwiesen haben, sind sie durch die zugrunde liegende algebraische Struktur eingeschränkt. Insbesondere neigt NMF dazu, Muster in kleinere Bits zu brechen, und vermischt sie oft miteinander. Das passiert, weil überschneidende Muster sich gegenseitig stören, sodass es schwieriger ist, sie auseinander zu halten. In dieser Dissertation werden Matrix-Faktorisierungen über algebraische Strukturen, sogenannte Dioiden, untersucht, die sich durch die fehlende additive Inverse (“negative Zahlen”) und Idempotenz der Addition (a + a = a) auszeichnen. Mit Dioiden ist es einfacher überschneidende Merkmale zu trennen. Insbesondere erlauben sie besser mit dem erwähnten Musterbrechenproblem umzugehen. Es werden unterschiedliche Dioiden untersucht, die von kontinuierlichen (subtropische und tropische Algebren) bis zu diskreter (Boolesche Algebra) reichen. Unter diesen, die Boolesche Algebra ist wahrscheinlich die bekannteste, und es gibt Methoden, die ermöglichen hochwertiger Matrix-Faktorisierungen in Bezug auf den Rekonstruktionsfehler zu erzielen. In dieser Arbeit aber wird eine andere Zielfunktion verwendet: Die Länge der Beschreibung von den Daten. Die Zielfunktion ermöglicht uns kompakte und hochinterpretierbare Ergebnisse zu erzielen. Andererseits sind die tropische und subtropische Algebren viel weniger im Bereich Data-Mining bekannt. Sie finden zwar Anwendungen in Bereichen wie Job-Scheduling und diskrete Ereignissysteme, jedoch sind sie im Kontext von Datenanalyse nahezu unbekannt. Hier werden sie verwendet, um idempotente, nicht negative Faktorisierungen zu erhalten, die NMF ähneln, aber die wichtigsten Merkmale der Daten besser voneinander trennen.
2019-09-26T09:17:00Z
2019-09-26T09:17:00Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-286619
hdl:20.500.11880/27903
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28661
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Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek
oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300142020-12-07T12:41:02Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Friction and Tribo-Chemical Behavior of SPD-Processed CNT-Reinforced Composites
Aristizabal, Katherine
Tayrac, Alexandra
Katzensteiner, Andreas
Bachmaier, Andrea
Suarez, Sebastian
ddc:600
carbon nanotubes
metal matrix composites
severe plastic deformation
reciprocating sliding
Nickel (Ni) and carbon nanotube (CNT)-reinforced Ni-matrix composites were manufactured by solid state processing and severely deformed by high-pressure torsion (HPT). Micro-tribological testing was performed by reciprocating sliding and the frictional behavior was investigated. Tribo-chemical and microstructural changes were investigated using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM) and focused ion beam (FIB). The CNT lubricity was hindered due to the continuous formation of a stable oxide layer promoted by a large grain boundary area and by irreversible damage introduced to the reinforcement during HPT, which controlled the frictional behavior of the studied samples. The presence of CNT reduced, to some extent, the tribo-oxidation activity on the contact zone and reduced the wear by significant hardening and stabilization of the microstructure.
2020-11-13T10:16:47Z
2020-11-13T10:16:47Z
2019
2019-09-06T10:07:04Z
doc-type:article
Lubricants 7 (9): 75 (2019)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-286905
hdl:20.500.11880/30014
http://dx.doi.org/10.22028/D291-28690
10.3390/lubricants7090075
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300262020-12-07T14:32:58Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Yeast Chemogenetic Screening as a Tool to Unravel the Antifungal Mode of Action of Two Selected Selenocyanates
Sarfraz, Muhammad
Nasim, Muhammad Jawad
Jacob, Claus
Gruhlke, Martin C.H.
ddc:500
ddc:600
ddc:610
selenocyanates
yeast mutants
Arabidopsis mutants
chemogenetic screening
oxidative stress
glutathione metabolism
During recent decades, selenium-containing compounds, as with the chemically similar
sulfur-containing compounds, have gained considerable interest as cytotoxic and anticancer agents.
Selenocyanates represent a well-established class of organic selenium compounds. These agents
exhibit a wide range of biological activities. Classically, selenocyanates may cause an increase in
the intracellular levels of reactive oxygen species (ROS) and exert cytotoxic activities, thus, acting
as pro-oxidants. In this study, chemogenetic profiling was carried out to decipher the resistance
mechanisms as central part of the antifungal mode of action against two selected selenocyanates.
If a mutant line is less resistant against a compound compared to the wildtype, the gene deleted
in that strain seems to be correlated with the resistance. Yeast mutants carrying gene deletions for
specific redox-related protein function were employed in the chemogenetic screening. The results
of screening reveal the hypersensitivity of mutants carrying deletions for glutathione pool and
metabolism. To confirm the results, Arabidopsis mutants deficient in glutathione were subjected
to various concentrations of selenocyanates to observe their effects on mutants and the wildtype.
A significant dose dependent inhibition in Arabidopsis mutants compared to the wildtype confirmed
the findings of the chemogenetic screening. The data suggest that the two representatives of
organoselenium compounds cause oxidative stress in yeast cells and glutathione participates towards
the development of resistance against the chemicals.
2020-11-17T07:51:01Z
2020-11-17T07:51:01Z
2019
2019-09-23T13:49:07Z
doc-type:article
Applied Sciences 9 (18): 3728 (2019)
2076-3417
urn:nbn:de:bsz:291--ds-293666
hdl:20.500.11880/30026
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29366
10.3390/app9183728
eng
http://www.mdpi.com/2076-3417/9/18/3728/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/283002020-01-20T17:56:38Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:004open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:620
Understanding quantities in web tables and text
Ibrahim, Yusra
Gerhard Weikum
ddc:004
ddc:600
There is a wealth of schema-free tables on the web. The text accompanying these tables explains and qualifies the numerical quantities given in the tables. Despite this ubiquity of tabular data, there is little research that harnesses this wealth of data by semantically understanding the information that is conveyed rather ambiguously in these tables. This information can be disambiguated only by the help of the accompanying text.
In the process of understanding quantity mentions in tables and text, we are faced with the following challenges; First, there is no comprehensive knowledge base for anchoring quantity mentions. Second, tables are created ad-hoc without a standard schema and with ambiguous header names; also table cells usually contain abbreviations. Third, quantities can be written in multiple forms and units of measures. Fourth, the text usually refers to the quantities in tables using aggregation, approximation, and different scales.
In this thesis, we target these challenges through the following contributions:
- We present the Quantity Knowledge Base (QKB), a knowledge base for representing Quantity mentions. We construct the QKB by importing information from Freebase, Wikipedia, and other online sources.
- We propose Equity: a system for automatically canonicalizing header names and cell values onto concepts, classes, entities, and uniquely represented quantities registered in a knowledge base. We devise a probabilistic graphical model that captures coherence dependencies between cells in tables and candidate items in the space of concepts, entities, and quantities. Then, we cast the inference problem into an efficient algorithm based on random walks over weighted graphs. baselines.
- We introduce the quantity alignment problem: computing bidirectional links between textual mentions of quantities and the corresponding table cells. We propose BriQ: a system for computing such alignments. BriQ copes with the specific challenges of approximate quantities, aggregated quantities, and calculated quantities.
- We design ExQuisiTe: a web application that identifies mentions of quantities in text and tables, aligns quantity mentions in the text with related quantity mentions in tables, and generates salient suggestions for extractive text summarization systems.
Schemalose Tabellen sind im Internet allgegenwärtig. Dargestellt werden beispielsweise Finanzdaten von Unternehmen, Gesundheitsdaten oder Angaben zur Umweltbelastung durch verschiedene Automodelle. Texte, in denen solche Tabellen eingebettet sind, erklären und beschreiben wichtige Quantitäten in den Tabellen. Obwohl tabellarische Daten weit verbreitet sind, ist weitgehend unerforscht wie diese reichhaltige Datensammlung automatisiert semantisch interpretiert werden kann. Hierzu ist es unerlässlich den Begleittext zu verstehen und die relevanten Informationen zu extrahieren. Dies würde auch die Möglichkeit eröffnen, Fragen zu Quantitäten zu beantworten, zum Beispiel nach ,,Internetfirmen mit einem jährlichen Umsatz von mehr als 5 Millionen US-Dollar" oder ,,elektrischen Autos mit einem Energieverbrauch unter 14 kWh/100km" oder ,,klinischen Studien mit einer Gabe von mehr als 30 mg Gerinnungshemmer täglich". Um Quantitäten in Tabellen und Text zu verstehen, müssen einige Herausforderungen gemeistert werden. Erstens existiert keine allgemeine Wissensbank über Quantitäten. Zweitens werden Tabellen üblicherweise ohne die Anwendung standardisierter Schemata für den jeweiligen Einzelfall erstellt. Dies betrifft insbesondere die Ausdrucksweise in Kopfzeilen sowie die verwendeten Abkürzungen innerhalb der einzelnen Zellen. Drittens können dieselben Quantitäten auf unterschiedliche Weise, unter Verwendung verschiedener Maßeinheiten, ausgedrückt werden. So sind ,,48 km/h" beispielsweise äquivalent zu ,,30 mph". Und viertens wird bei der Erklärung einer Tabelle im begleitenden Text häufig gerundet oder zusammengefasst, oder auch mit anderen Maßeinheiten gearbeitet. In dieser Dissertation begegnen wir den beschriebenen Herausforderungen mit folgenden Beiträgen: - Wir präsentieren die Quantity Knowledge Base (QKB), eine Wissensbank für Quantitäten. Die QKB wird durch den Import von Quellen wie Freebase und Wikipedia konstruiert. In ihr organisieren wir Quantitäten mit Hilfe einer vierstufigen Taxonomie: Dimensionen, Einheiten, Maßangaben und Themenbereiche. QKB erlaubt somit die vereinheitlichte Darstellung von Quantitäten in Form von Tripeln <Maßangabe, Wert, Einheit>. - Wir stellen Equity vor, ein System zur automatischen Vereinheitlichung der Kopfzeilen und Zellen von Tabellen. Der Tabelleninhalt wird durch Konzepte, Klassen, Entitäten und eindeutige Quantitäten in einer Wissensbank repräsentiert. Hierzu entwickeln wir ein probabilistisches grafisches Modell zur Darstellung der Abhängigkeiten der Tabellenzellen untereinander sowie der Tabellenzellen und der möglichen Objekte im Raum der Konzepte, Entitäten und Quantitäten. Für die Inferenz auf diesem Modell entwickeln wir einen effizienten Algorithmus, der auf Random Walks über gewichteten Graphen basiert. Dabei achten wir besonders auf Quantitäten, die wir als <Maßangabe, Wert, Einheit> Tripel von physikalischen, monetären, zeitlichen und räumlichen Maßen repräsentieren. Unsere Experimente mit Webtabellen aus verschiedenen Bereichen belegen die Leistungsfähigkeit unserer Methode sowie ihre Vorzüge gegenüber anderen Vergleichsmethoden. - Wir führen das Quantitätenzuordnungsproblem ein, bei dem bidirektionale Links zwischen Quantitäten im Text und Quantitäten in entsprechenden Tabellenzellen ermittelt werden. Zur Berechnung der Links schlagen wir BriQ vor. Dieses System erlaubt es zwischen den Erklärungen im Text und den Details in den Tabellen zu navigieren und ermöglicht potentiell das Generieren von Zusammenfassungen. BriQ kann mit approximativen, aggregierten und umgerechneten Quantitäten umgehen. Die Methode kombiniert maschinelles Lernen für merkmalsbasierte Klassifikation mit unüberwachter algorithmischer Inferenz mittels Random Walks auf geeignet konstruierten Kandidatengraphen. Experimente mit einer gro en Sammlung an Tabellen aus dem Common Crawl Projekt demonstrieren die Leistungsfähigkeit unserer Methode. - Als letzten Beitrag entwickeln wir ExQuisiTe: eine Webapplikation, die Quantitäten in Texten und Tabellen identifiziert, sie im Text mit den dazugehörigen Zellen in Tabellen verbindet und daraus Vorschläge für extrahierende Textzusammenfassung generiert. ExQuisiTe beherrscht zusätzlich zu Quantitäten in einzelnen Zellen auch Aggregationen wie beispielsweise Zeilen- und Spaltensummen oder Differenzen und Verhältnisse zwischen den Werten zweier Tabellenzellen.
2019-11-15T09:07:12Z
2019-11-15T09:07:12Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-296575
hdl:20.500.11880/28300
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29657
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300282020-11-27T12:56:55Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
The Effect of Cathodic Arc Guiding Magnetic Field on the Growth of (Ti0.36Al0.64)N Coatings
Chaar, Ana B. B.
Syed, Bilal
Hsu, Tun-Wei
Johansson-Jöesaar, Mats
Andersson, Jon M.
Henrion, Gérard
Johnson, Lars J. S.
Mücklich, Frank
Odén, Magnus
ddc:500
ddc:600
physical vapor deposition
magnetic field
optical emission spectroscopy
coatings
grain size
We use a modified cathodic arc deposition technique, including an electromagnetic coil
that introduces a magnetic field in the vicinity of the source, to study its influence on the growth
of (Ti0.36Al0.64)N coatings. By increasing the strength of the magnetic field produced by the coil,
the cathode arc spots are steered toward the edge of the cathode, and the electrons are guided to an
annular anode surrounding the cathode. As a result, the plasma density between the cathode and
substrate decreased, which was observed as a lateral spread of the plasma plume, and a reduction of
the deposition rate. Optical emission spectroscopy shows reduced intensities of all recorded plasma
species when the magnetic field is increased due to a lower number of collisions resulting in excitation.
We note a charge-to-mass ratio decrease of 12% when the magnetic field is increased, which is likely
caused by a reduced degree of gas phase ionization, mainly through a decrease in N2 ionization.
(Ti0.36Al0.64)N coatings grown at different plasma densities show considerable variations in grain
size and phase composition. Two growth modes were identified, resulting in coatings with (i) a
fine-grained glassy cubic and wurtzite phase mixture when deposited with a weak magnetic field,
and (ii) a coarse-grained columnar cubic phase with a strong magnetic field. The latter conditions
result in lower energy flux to the coating’s growth front, which suppresses surface diffusion and
favors the formation of c-(Ti,Al)N solid solutions over phase segregated c-TiN and w-AlN.
2020-11-17T08:06:33Z
2020-11-17T08:06:33Z
2019
2019-10-25T14:07:32Z
doc-type:article
Coatings 9 (10): 660 (2019)
2079-6412
urn:nbn:de:bsz:291--ds-297961
hdl:20.500.11880/30028
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29796
10.3390/coatings9100660
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/294632020-07-27T08:45:20Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Roll-to-Roll Manufacturing of Micropatterned Adhesives by Template Compression
Yu, Dan
Beckelmann, Dirk
Opsölder, Michael
Schäfer, Bruno
Moh, Karsten
Hensel, René
de Oliveira, Peter William
Arzt, Eduard
ddc:500
ddc:600
dry adhesive
microstructure
roll-to-roll fabrication
biomimetics
For the next generation of handling systems, reversible adhesion enabled by micropatterned dry adhesives exhibits high potential. The versatility of polymeric micropatterns in handling objects made from various materials has been demonstrated by several groups. However, specimens reported in most studies have been restricted to the laboratory scale. Upscaling the size and quantity of micropatterned adhesives is the next step to enable successful technology transfer. Towards this aim, we introduce a continuous roll-to-roll replication process for fabrication of high-performance, mushroom-shaped micropatterned dry adhesives. The micropatterns were made from UV-curable polyurethane acrylates. To ensure the integrity of the complex structure during the fabrication process, flexible templates were used. The compression between the template and the wet prepolymer coating was investigated to optimize replication results without structural failures, and hence, to improve adhesion. As a result, we obtained micropatterned adhesive tapes, 10 cm in width and several meters in length, with adhesion strength about 250 kPa to glass, suitable for a wide range of applications.
2020-07-24T13:27:16Z
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2019
doc-type:article
1996-1944
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298003
hdl:20.500.11880/29463
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29800
10.3390/ma12010097
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/283172019-12-10T16:47:42Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataddc:621.3interface:dnbddc:620
MEMS sensors as physical unclonable functions
Willers, Oliver
Seidel, Helmut
ddc:600
ddc:620
ddc:621.3
hardware security
IoT security
microelectromechanical devices
Physical Unclonable Functions
A fundamental requirement of any crypto system is that secret-key material remains securely stored so that it is robust in withstanding attacks including physical tampering. In this context, physical unclonable functions (PUFs) have been proposed to store cryptographic secrets in a particularly secure manner. In this thesis, the feasibility of using microelectromechanical systems (MEMS) sensors for secure key storage purposes is evaluated for the first time. To this end, we investigated an off-the-shelf 3-axis MEMS gyroscope design and used its properties to derive a unique fingerprint from each sensor. We thoroughly examined the robustness of the derived fingerprints against temperature variation and aging. We extracted stable keys with nearly full entropy from the fingerprints. The security level of the extracted keys lies in a range between 27 bits and 150 bits depending on the applied test conditions and the used entropy estimation method. Moreover, we provide experimental evidence that the extractable key length is higher in practice when multiple wafers are considered. In addition, it is shown that further improvements could be achieved by using more precise measurement techniques and by optimizing the MEMS design. The robustness of a MEMS PUF against tampering and malicious read-outs was tested by three different types of physical attacks. We could show that MEMS PUFs provide a high level of protection due to the sensitivity of their characteristics to disassembly.
Eine grundlegende Anforderung jedes Kryptosystems ist, dass der verwendete geheime Schlüssel sicher und geschützt aufbewahrt wird. Vor diesem Hintergrund wurden physikalisch unklonbare Funktionen (PUFs) vorgeschlagen, um kryptographische Geheimnisse besonders sicher zu speichern. In dieser Arbeit wird erstmals die Verwendbarkeit von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) für die sichere Schlüsselspeicherung anhand eines 3-achsigen MEMS Drehratensensor gezeigt. Dabei werden die Eigenschaften der Sensoren zur Ableitung eines eindeutigen Fingerabdrucks verwendet. Die Temperatur- und Langzeitstabilität der abgeleiteten Fingerabdrücke wurde ausführlich untersucht. Aus den Fingerabdrücken wurden stabile Schlüssel mit einem Sicherheitsniveau zwischen 27 Bit und 150 Bit, abhängig von den Testbedingungen und der verwendeten Entropie-Schätzmethode, extrahiert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Schlüssellänge ansteigt, je mehr Wafer betrachtet werden. Darüber hinaus wurde die Verwendung einer präziseren Messtechnik und eine Optimierung des MEMS-Designs als potentielle Verbesserungsmaßnahmen identifiziert. Die Robustheit einer MEMS PUF gegen Manipulationen und feindseliges Auslesen durch verschiedene Arten von physikalischen Angriffen wurde untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass MEMS PUFs aufgrund der Empfindlichkeit ihrer Eigenschaften hinsichtlich einer Öffnung des Mold-Gehäuses eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber invasiven Angriffen aufweisen.
2019-11-18T11:14:22Z
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2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298076
hdl:20.500.11880/28317
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29807
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/283162019-12-13T14:59:35Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataddc:624interface:dnbddc:500ddc:620
Eutectic modification of Al-Si casting alloys
Barrirero, Jenifer
Mücklich, Frank
ddc:500
ddc:530
ddc:600
ddc:620
ddc:624
eutectic modification
electron microscopy
atom probe tomography
aluminium alloys
The change of microstructure of eutectic silicon from plate- to coral-like in Al-Si casting alloys is well known for enhancing their ductility. This is achieved by adding low concentrations of a modifying agent. Amongst the elements proposed as modifiers, only strontium, sodium and europium induce a plate-to-coral transition, while others such as ytterbium, only refine the silicon plates. The exact mechanism for the remarkable plate-to-coral change, and the reason why certain elements only refine the structure, is still not completely understood. In this investigation, atom probe tomography and transmission electron microscopy were used to analyze and compare the crystal structure and the distribution of solute atoms in silicon at the atomic level. An unmodified alloy and alloys modified by strontium, sodium, europium and ytterbium were studied. Elements inducing silicon plate-to-coral transition were found to contain nanometer sized clusters at the defects in silicon with stoichiometries corresponding to compounds formed at the ternary eutectic reaction of each system. In contrast ytterbium, that only refines the silicon plates, is unable to form clusters in silicon. It is propose that the formation of clusters of AlSiNa, Al2Si2Sr and Al2Si2Eu at the silicon/liquid interface during solidification restrict silicon growth and increase growth direction diversity. The incorporation of clusters explains the high density of crystallographic defects and the structural modification.
Die Zugabe geringer Konzentrationen eines Veredelungselementes in Al-Si-Gusslegierungen führt zu einer für die Duktilität günstigen Morphologieänderung des eutektischen Silizium. Dabei bewirken die Veredelungselemente Strontium, Natrium und Europium einen Übergang von einer platten- zu einer korallenartigen Morphologie, während andere wie Ytterbium nur das Eutektikum verfeinern. Der zu Grunde liegende Mechanismus ist noch nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wurden mit Hilfe der Atomsondentomographie und der Transmissionselektronenmikroskopie die Kristallstruktur und die Verteilung der im Silizium gelösten Atome auf atomarer Ebene analysiert und verglichen. Eine unveredelte und durch Strontium, Natrium, Europium und Ytterbium veredelte Legierungen wurden untersucht. Es zeigt sich, dass Elemente, die eine korallenartige Morphologie erzeugen (Strontium, Natrium und Europium), nanometergroße Cluster an Defekten in Silizium bilden, deren Stöchiometrien den Verbindungen aus ternären eutektischen Reaktionen des jeweiligen Systems entsprechen. Im Gegensatz dazu werden durch Zusatz von Ytterbium keine Cluster im Silizium gebildet. Es wird gezeigt, dass die Bildung von Clustern aus AlSiNa, Al2Si2Sr und Al2Si2Eu an der Grenzfläche Silizium/Schmelze während der Erstarrung das Siliziumwachstum einschränkt und die Zahl der Wachstumsrichtungen erhöht. Die Einlagerung von Clustern in Silizium erklärt dessen hohe Dichte an kristallographischen Defekten und die Morphologieänderung.
2019-11-18T10:48:30Z
2019-11-18T10:48:30Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298342
hdl:20.500.11880/28316
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29834
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/283962019-12-12T14:09:30Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:004open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:620
Non-reformist reform for Haskell Modularity
Kilpatrick, Scott
Dreyer, Derek
ddc:004
ddc:600
programming languages
type systems
modularity
Haskell
ML
module systems
In this thesis, I present Backpack, a new language for building separately-typecheckable packages on top of a weak module system like Haskell’s. The design of Backpack is the first to bring the rich world of type systems to the practical world of packages via mixin modules. It’s inspired by the MixML module calculus of Rossberg and Dreyer but by choosing practicality over expressivity Backpack both simplifies that semantics and supports a flexible notion of applicative instantiation. Moreover, this design is motivated less by foundational concerns and more by the practical concern of integration into Haskell. The result is a new approach to writing modular software at the scale of packages.
Modulsysteme wie die in Haskell erlauben nur eine weiche Art der Modularität, in dem Modulimplementierungen direkt von anderen Implementierungen abhängen und in dieser Abhängigkeitsreihenfolge verarbeitet werden müssen. Modulsysteme wie die in ML andererseits erlauben eine kräftige Art der Modularität, in dem explizite Schnittstellen Vermutungen über Abhängigkeiten ausdrücken und jeder Modultyp überprüft und unabhängig ergründet werden kann. In dieser Dissertation präsentiere ich Backpack, eine neue Sprache zur Entwicklung separattypenüberprüfbarer Pakete über einem weichen Modulsystem wie Haskells. Das Design von Backpack überführt erstmalig die reichhaltige Welt der Typsysteme in die praktische Welt der Pakete durch Mixin-Module. Es wird von der MixML-Kalkulation von Rossberg und Dreyer angeregt. Backpack vereinfacht allerdings diese Semantik durch die Auswahl von Anwendbarkeit statt Expressivität und fördert eine flexible Art von geeigneter Applicative- Instantiierung. Zudem wird dieses Design weniger von grundlegenden Anliegen als von dem praktischen Anliegen der Eingliederung in Haskell begründet. Die Semantik von Backpack wird durch die Ausarbeitung in Mengen von Haskell-Modulen und „binary interface files“ definiert, und zeigt so, wie Backpack Interoperabilität mit Haskell erhält, während Backpack es mit Schnittstellen nachrüstet. In meiner Formalisierung Backpacks präsentiere ich ein neuartiges Typsystem für Haskellmodule und überprüfe einen entscheidenen Korrektheitssatz, um die Semantik von Backpack zu validieren.
Max Planck Institute for Software Systems (MPI-SWS)
2019-12-02T07:30:27Z
2019-12-02T07:30:27Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298780
hdl:20.500.11880/28396
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29878
eng
http://plv.mpi-sws.org/backpack/
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300332020-12-03T15:36:13Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Analysis of Guided Wave Propagation in a Multi-Layered Structure in View of Structural Health Monitoring
Lugovtsova, Yevgeniya
Bulling, Jannis
Boller, Christian
Prager, Jens
ddc:500
ddc:600
lamb waves
composite
ultrasonic testing
numerical modelling
pressure vessels
Guided waves (GW) are of great interest for non-destructive testing (NDT) and structural health monitoring (SHM) of engineering structures such as for oil and gas pipelines, rails, aircraft components, adhesive bonds and possibly much more. Development of a technique based on GWs requires careful understanding obtained through modelling and analysis of wave propagation and mode-damage interaction due to the dispersion and multimodal character of GWs. The Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) is a suitable numerical approach for this purpose allowing calculation of dispersion curves, mode shapes and GW propagation analysis. In this article, the SBFEM is used to analyse wave propagation in a plate consisting of an isotropic aluminium layer bonded as a hybrid to an anisotropic carbon fibre reinforced plastics layer. This hybrid composite corresponds to one of those considered in a Type III composite pressure vessel used for storing gases, e.g., hydrogen in automotive and aerospace applications. The results show that most of the wave energy can be concentrated in a certain layer depending on the mode used, and by that damage present in this layer can be detected. The results obtained help to understand the wave propagation in multi-layered structures and are important for further development of NDT and SHM for engineering structures consisting of multiple layers.
2020-11-17T08:47:37Z
2020-11-17T08:47:37Z
2019
2019-11-12T08:27:23Z
doc-type:article
Applied Sciences 9 (21): 4600 (2019)
2076-3417
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298797
hdl:20.500.11880/30033
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29879
10.3390/app9214600
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/283212019-12-12T14:47:20Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:004open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDataciminterface:dnbddc:500ddc:620
Accountable infrastructure and its impact on internet security and privacy
Simeonovski, Milivoj
Backes, Michael
ddc:004
ddc:500
ddc:600
The Internet infrastructure relies on the correct functioning of the basic underlying protocols, which were designed for functionality. Security and privacy have been added post hoc, mostly by applying cryptographic means to different layers of communication. In the absence of accountability, as a fundamental property, the Internet infrastructure does not have a built-in ability to associate an action with the responsible entity, neither to detect or prevent misbehavior. In this thesis, we study accountability from a few different perspectives. First, we study the need of having accountability in anonymous communication networks as a mechanism that provides repudiation for the proxy nodes by tracing back selected outbound traffic in a provable manner. Second, we design a framework that provides a foundation to support the enforcement of the right to be forgotten law in a scalable and automated manner. The framework provides a technical mean for the users to prove their eligibility for content removal from the search results. Third, we analyze the Internet infrastructure determining potential security risks and threats imposed by dependencies among the entities on the Internet. Finally, we evaluate the feasibility of using hop count filtering as a mechanism for mitigating Distributed Reflective Denial-of-Service attacks, and conceptually show that it cannot work to prevent these attacks.
Die Internet-Infrastrutur stützt sich auf die korrekte Ausführung zugrundeliegender Protokolle, welche mit Fokus auf Funktionalität entwickelt wurden. Sicherheit und Datenschutz wurden nachträglich hinzugefügt, hauptsächlich durch die Anwendung kryptografischer Methoden in verschiedenen Schichten des Protokollstacks. Fehlende Zurechenbarkeit, eine fundamentale Eigenschaft Handlungen mit deren Verantwortlichen in Verbindung zu bringen, verhindert jedoch, Fehlverhalten zu erkennen und zu unterbinden.
Diese Dissertation betrachtet die Zurechenbarkeit im Internet aus verschiedenen Blickwinkeln. Zuerst untersuchen wir die Notwendigkeit für Zurechenbarkeit in anonymisierten Kommunikationsnetzen um es Proxyknoten zu erlauben Fehlverhalten beweisbar auf den eigentlichen Verursacher zurückzuverfolgen. Zweitens entwerfen wir ein Framework, das die skalierbare und automatisierte Umsetzung des Rechts auf Vergessenwerden unterstützt. Unser Framework bietet Benutzern die technische Möglichkeit, ihre Berechtigung für die Entfernung von Suchergebnissen nachzuweisen. Drittens analysieren wir die Internet-Infrastruktur, um mögliche Sicherheitsrisiken und Bedrohungen aufgrund von Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen beteiligten Entitäten zu bestimmen. Letztlich evaluieren wir die Umsetzbarkeit von Hop Count Filtering als ein Instrument DRDoS Angriffe abzuschwächen und wir zeigen, dass dieses Instrument diese Art der Angriffe konzeptionell nicht verhindern kann.
2019-11-19T09:41:52Z
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2017
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-298901
hdl:20.500.11880/28321
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29890
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300622020-12-07T14:58:10Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Reliable Nanofabrication of Single-Crystal Diamond Photonic Nanostructures for Nanoscale Sensing
Radtke, Mariusz
Nelz, Richard
Slablab, Abdallah
Neu, Elke
ddc:500
ddc:530
ddc:600
top-down nanofabrication
single-crystal diamond
HSQ
electron beam lithography
inductively coupled-reactive ion etching (ICP-RIE)
In this manuscript, we outline a reliable procedure to manufacture photonic nanostructures
from single-crystal diamond (SCD). Photonic nanostructures, in our case SCD nanopillars on thin
(<1 µm) platforms, are highly relevant for nanoscale sensing. The presented top-down procedure
includes electron beam lithography (EBL) as well as reactive ion etching (RIE). Our method introduces
a novel type of inter-layer, namely silicon, that significantly enhances the adhesion of hydrogen
silsesquioxane (HSQ) electron beam resist to SCD and avoids sample charging during EBL. In contrast
to previously used adhesion layers, our silicon layer can be removed using a highly-selective RIE step,
which is not damaging HSQ mask structures. We thus refine published nanofabrication processes to
ease a higher process reliability especially in the light of the advancing commercialization of SCD
sensor devices.
2020-11-19T11:02:30Z
2020-11-19T11:02:30Z
2019
2019-11-22T14:47:21Z
doc-type:article
Micromachines 10 (11): 718 (2019)
2072-666X
urn:nbn:de:bsz:291--ds-299604
hdl:20.500.11880/30062
http://dx.doi.org/10.22028/D291-29960
10.3390/mi10110718
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285162023-03-17T09:01:34Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Search and Analytics Using Semantic Annotations
Gupta, Dhruv
Berberich, Klaus
ddc:600
ddc:004
Information Retrieval
Information Extraction
Temporal Information Retrieval
Question Answering
Knowledge-Centric Tasks
Text Analytics
Search systems help users locate relevant information in the form of text documents for keyword queries. Using text alone, it is often difficult to satisfy the user's information need. To discern the user's intent behind queries, we turn to semantic annotations (e.g., named entities and temporal expressions) that natural language processing tools can now deliver with great accuracy. This thesis develops methods and an infrastructure that leverage semantic annotations to efficiently and effectively search large document collections. This thesis makes contributions in three areas: indexing, querying, and mining of semantically annotated document collections. First, we describe an indexing infrastructure for semantically annotated document collections. The indexing infrastructure can support knowledge-centric tasks such as information extraction, relationship extraction, question answering, fact spotting and semantic search at scale across millions of documents. Second, we propose methods for exploring large document collections by suggesting semantic aspects for queries. These semantic aspects are generated by considering annotations in the form of temporal expressions, geographic locations, and other named entities. The generated aspects help guide the user to relevant documents without the need to read their contents. Third and finally, we present methods that can generate events, structured tables, and insightful visualizations from semantically annotated document collections.
2019-12-20T11:01:31Z
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2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-300780
hdl:20.500.11880/28516
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30078
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301642020-12-10T10:07:59Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:540ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Compression-Responsive Photonic Crystals Based on Fluorine-Containing Polymers
Kredel, Julia
Gallei, Markus
ddc:500
ddc:540
ddc:600
stimuli-responsiveness
fluoropolymers
core-interlayer-shell particles
emulsion polymerization
melt-shear organization
self-assembly
Fluoropolymers represent a unique class of functional polymers due to their various interesting and important properties such as thermal stability, resistance toward chemicals, repellent behaviors, and their low refractive indices in comparison to other polymeric materials. Based on the latter optical property, fluoropolymers are particularly of interest for the preparation of photonic crystals for optical sensing application. Within the present study, photonic crystals were prepared based on core-interlayer-shell particles focusing on fluoropolymers. For particle assembly, the melt-shear organization technique was applied. The high order and refractive index contrast of the individual components of the colloidal crystal structure lead to remarkable reflection colors according to Bragg’s law of diffraction. Due to the special architecture of the particles, consisting of a soft core, a comparably hard interlayer, and again a soft shell, the resulting opal films were capable of changing their shape and domain sizes upon applied pressure, which was accompanied with a (reversible) change of the observed reflection colors as well. By the incorporation of adjustable amounts of UV cross-linking agents into the opal film and subsequent treatment with different UV irradiation times, stable and pressure-sensitive opal films were obtained. It is shown that the present strategy led to (i) pressure-sensitive opal films featuring reversibly switchable reflection colors and (ii) that opal films can be prepared, for which the written pattern—resulting from the compressed particles—could be fixed upon subsequent irradiation with UV light. The herein described novel fluoropolymer-containing photonic crystals, with their pressure-tunable reflection color, are promising candidates in the field of sensing devices and as potential candidates for anti-counterfeiting materials.
2020-12-08T14:36:24Z
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2019
2019-12-20T14:10:00Z
doc-type:article
Polymers 11 (12): 2114 (2019)
2073-4360
urn:nbn:de:bsz:291--ds-301101
hdl:20.500.11880/30164
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30110
10.3390/polym11122114
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/289422021-07-01T15:38:51Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Analysis and Exploitation of the Star-Point Voltage of Synchronous Machines for Sensorless Operation
Grasso, Emanuele
Mandriota, Riccardo
König, Niklas
Nienhaus, Matthias
ddc:600
AC machines
motor modeling
sensorless control
sensorless drive
synchronous machines
In the field of sensorless drive of synchronous machines (SMs), many techniques have been proposed that can be applied successfully in most applications. Nevertheless, these techniques rely on the measurement of the phase currents to extract the rotor position information. In the particular case of low-power machines, the application of such techniques is challenging due to the limited bandwidth of the available current sensors. An alternative is offered by those techniques that exploit the star-point voltage rather than phase currents. This work aims at providing a model of the dynamic behavior of the star-point voltage and presenting a technique for extracting the rotor electrical position needed for sensorless operation of SMs. Two different circuitries for measuring the star-point voltage are also presented and then compared. The presented mathematical analysis and the measurement methods are validated both numerically and experimentally on a test machine.
2020-04-03T16:28:45Z
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2019
2019-12-20T14:10:06Z
doc-type:article
Energies 12 (24): 4729 (2019)
1996-1073
urn:nbn:de:bsz:291--ds-301110
hdl:20.500.11880/28942
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30111
10.3390/en12244729
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/285822022-12-01T12:04:26Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Modeling and Optimizing Energy Supply and Demand in Home Area Power Network (HAPN)
Minhas, Daud Mustafa
Frey, Georg
ddc:600
Internet of energy based smart power grids demonstrate high in-feed from renewable energy resources (RESs) and lofty out-feed to energy consumers. Uncertainties evolved by incorporating RESs and time-varying energy consumption present immense challenges to the optimal control of smart power networks. To deal with these challenges, it is important to make the system deterministic by making time-ahead prediction and scheduling of power supply and demand. The present work confers a model of a co-scheduling framework, organizing cost-efficient activation of energy supply entities (ESEs) and load demands in a home area power network (HAPN). It integrates roof-top photovoltaic (PV) panels, diesel energy generator (DE), energy storage devices (ESDs), and smart load demands (SLDs) along with grid-supplied power. The scheduling model is based on mixed-integer linear programming (MILP) framework, incorporates a “min-max” optimization algorithm that reduces the daily energy bills, maintains high comfort level for the energy consumers, and increases the self-sufficiency of the home. The proposed strategy exploits the flexibility in dynamic energy price signals and SLDs of various classes, providing day-ahead cost-optimal scheduling decisions for incorporated energy entities. A linearized component-based model is developed, considering inefficiencies, taking various power phase modes of the SLDs along with the cost of operation, maintenance, and degradation of the equipment. A case study based on numerical analysis determines the particular features of the proposed HAPN model. Simulation results demonstrate the real prospect of our implemented strategy, utilizing a cost-effective optimal blend of distinct energy entities in a smart home.
2020-01-16T12:53:07Z
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2019
doc-type:article
2169-3536
urn:nbn:de:bsz:291--ds-301307
hdl:20.500.11880/28582
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30130
10.1109/ACCESS.2019.2962660
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301692020-12-10T11:04:51Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Muraymycin Nucleoside Antibiotics: Structure-Activity Relationship for Variations in the Nucleoside Unit
Heib, Anna
Niro, Giuliana
Weck, Stefanie C.
Koppermann, Stefan
Ducho, Christian
ddc:500
ddc:600
ddc:610
antibiotics
natural products
nucleoside analogues
structure–activity relationships
Muraymycins are a subclass of naturally occurring nucleoside antibiotics with promising
antibacterial activity. They inhibit the bacterial enzyme translocase I (MraY), a clinically yet unexploited
target mediating an essential intracellular step of bacterial peptidoglycan biosynthesis. Several
structurally simplified muraymycin analogues have already been synthesized for structure–activity
relationship (SAR) studies. We now report on novel derivatives with unprecedented variations
in the nucleoside unit. For the synthesis of these new muraymycin analogues, we employed a
bipartite approach facilitating the introduction of different nucleosyl amino acid motifs. This also
included thymidine- and 5-fluorouridine-derived nucleoside core structures. Using an in vitro
assay for MraY activity, it was found that the introduction of substituents in the 5-position of the
pyrimidine nucleobase led to a significant loss of inhibitory activity towards MraY. The loss of
nucleobase aromaticity (by reduction of the uracil C5-C6 double bond) resulted in a ca. tenfold
decrease in inhibitory potency. In contrast, removal of the 20
-hydroxy group furnished retained
activity, thus demonstrating that modifications of the ribose moiety might be well-tolerated. Overall,
these new SAR insights will guide the future design of novel muraymycin analogues for their potential
development towards antibacterial drug candidates.
2020-12-09T10:17:49Z
2020-12-09T10:17:49Z
2019
2020-01-10T09:13:41Z
doc-type:article
Molecules 25 (1): 22 (2019)
1420-3049
urn:nbn:de:bsz:291--ds-301352
hdl:20.500.11880/30169
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30135
10.3390/molecules25010022
eng
https://www.mdpi.com/1420-3049/25/1/22/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301832020-12-17T15:56:20Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:540ddc:600doc-type:ResearchDatacimddc:510interface:dnbddc:500ddc:620
A Comparative Study on the Influence of Chromium on the Phase Fraction and Elemental Distribution in As-Cast High Chromium Cast Irons: Simulation vs. Experimentation
Nayak, U. Pranav
Guitar, Maria Agustina
Mücklich, Frank
ddc:500
ddc:510
ddc:530
ddc:540
ddc:600
ddc:620
high chromium cast irons
eutectic carbide
carbide volume fraction
chemical composition
image analysis
simulation
MatCalc
hardness
The excellent abrasion resistance of high chromium cast irons (HCCIs) stems from the dispersion of the hard iron-chromium eutectic carbides. The surrounding matrix on the other hand, provides sufficient mechanical support, improving the resistance to cracking deformation and spalling. Prior knowledge of the microstructural characteristics is imperative to appropriately design subsequent heat treatments, and in this regard, employing computational tools is the current trend. In this work, computational and experimental results were correlated with the aim of validating the usage of MatCalc simulations to predict the eutectic carbide phase fraction and the elemental distribution in two HCCI alloys, in the as-cast condition. Microstructural observations were carried out using optical microscopy and SEM. The chemical composition and fraction of each phase was measured by electron probe microanalysis and image analysis, respectively. In all cases, the values predicted by the pseudo-equilibrium diagrams, computed with MatCalc, were in accordance with the experimentally determined values. Consequently, the results suggest that time and resource intensive experimental procedures can be replaced by simulation techniques to determine the phase fraction and especially, the individual phase compositions in the as-cast state.
2020-12-10T14:32:52Z
2020-12-10T14:32:52Z
2019
2020-01-23T22:25:26Z
doc-type:article
Metals 10 (1): 30 (2019)
2075-4701
urn:nbn:de:bsz:291--ds-301714
hdl:20.500.11880/30183
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30171
10.3390/met10010030
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/287212023-03-17T09:20:30Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Live inverse rendering
Meka, Abhimitra
Theobalt, Christian
ddc:600
ddc:004
The field of computer graphics is being transformed by the process of 'personalization'. The advent of augmented and mixed reality technology is challenging the existing graphics systems, which traditionally required elaborate hardware and skilled artistic efforts. Now, photorealistic graphics are require to be rendered on mobile devices with minimal sensors and compute power, and integrated with the real world environment automatically. Seamlessly integrating graphics into real environments requires the estimation of the fundamental light transport components of a scene - geometry, reflectance and illumination. While estimating environmental geometry and self-localization on mobile devices has progressed rapidly, the task of estimating scene reflectance and illumination from images or videos in real-time (termed 'live inverse rendering') is still at a nascent stage. The challenge is that of designing efficient representations and models for these appearance parameters and solving the resulting high-dimensional, non-linear and under-constrained system of equations at frame rates. This thesis comprehensively explores, for the first time, various representations, formulations, algorithms and systems for addressing these challenges. Starting with simple assumptions on the light transport model - of Lambertian surface reflectance and single light bounce scenario - the thesis expands in various directions by including 3D geometry, multiple light bounces, non-Lambertian isotropic surface reflectance and data-driven reflectance representation to address various facets of this problem. In the first part, the thesis explores the design of fast parallel non-linear GPU optimization schemes for solving both sparse and dense set of equations underlying the inverse rendering problem, and in the next, it applies the current advances in machine learning methods to design novel formulations and loss-energies to give a significant push to the state-of-the-art of reflectance and illumination estimation. Several real-time applications of illumination-aware scene editing, including relighting and material-cloning, are also shown to be made possible for first time by the new models proposed in this thesis. Finally, an outlook for future work on this problem is laid out, with particular emphasis on the interesting new opportunities afforded by the recent advances in machine learning.
Das Gebiet der Computergrafik wird durch den Prozess der Personalisierung verändert. Das Aufkommen von Augmented- und Mixed- Reality-Technologie stellt die bestehenden Grafiksysteme vor Herausforderungen, die bisher aufwändige Hardware und geschickte künstlerische Bemühungen erforderten. Fotorealistische Grafiken müssen jetzt auf Mobilgeräten mit minimalem Sensor- und Rechenaufwand gerendert und automatisch in die reale Umgebung integriert werden. Die nahtlose Integration von Grafiken in reale Umgebungen erfordert die Abschätzung der grundlegenden Lichttransportkomponenten einer Szene: Geometrie, Reflektanz und Beleuchtung. Während die Schätzung der Umgebungsgeometrie und die Selbstlokalisierung auf Mobilgeräten rasch Fortschritte gemacht hat, befindet sich die Schätzung der Reflektanz und der Beleuchtung von Szenen anhand von Monokularbildern oder -videos in Echtzeit (als Live-Inverse-Rendering bezeichnet) noch im Anfangsstadium. Die Herausforderung besteht darin, effiziente Darstellungen und Modelle für diese Parameter zu entwerfen und das resultierende hochdimensionale, nichtlineare und unterspezifizierte Gleichungssystem in Echtzeit zu lösen. In dieser Arbeit werden erstmals verschiedene Darstellungen, Formulierungen, Algorithmen und Systeme zur Bewältigung dieser Herausforderungen beim monokularen Inverse-Rendering umfassend untersucht. Ausgehend von einfachen Annahmen zum Lichttransportmodell der Lambertschen Oberflächenreflektanz und Einfachlichtreflexionen geht diese Arbeit in mehrere Richtungen, indem 3D-Geometrie, Mehrfachlichtreflexionen, nicht-Lambertsche isotrope Oberflächenreflektanz und datengestützte Reflektanzmodelle hinzugefügt und damit verschiedene Facetten des Problems berücksichtigt werden. Im ersten Teil der Arbeit wird der Entwurf von schnellen, parallelen, nichtlinearen GPU-Optimierungsschemata untersucht, mit denen sowohl dünnbesetzte als auch dichte Gleichungssysteme gelöst werden können, die dem Inverse-Rendering-Problem zugrunde liegen. Im nächsten Teil werden aktuellen Fortschritte des maschinellen Lernens angewendet, um neuartige Formulierungen und Zielfunktionen zu entwerfen, die den Stand der Wissenschaft bei der Schätzung der Reflektanz und der Beleuchtung deutlich vorantreiben. Mit den in dieser Arbeit vorgeschlagenen neuen Modellen werden auch erstmals Echtzeitanwendungen für die Bearbeitung von Szenen unter Berücksichtigung der Beleuchtung, wie Beleuchtungsveränderung und Materialklonen, realisiert. Schlielich wird ein Ausblick für die künftige Arbeit an diesem Problem gegeben, wobei der Schwerpunkt auf den interessanten neuen Möglichkeiten liegt, die sich aus den jüngsten Fortschritten des maschinellen Lernens ergeben.
2020-02-18T10:41:05Z
2020-02-18T10:41:05Z
2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-302066
hdl:20.500.11880/28721
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30206
eng
openAccess
Alle Ressourcen in diesem Repository sind urheberrechtlich geschützt
Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek
oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/287842023-03-17T09:02:39Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueopen_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Improved methods and analysis for semantic image segmentation
He, Yang
Fritz, Mario
ddc:600
ddc:004
computer vision
deep neural networks
semantic segmentation
Modern deep learning has enabled amazing developments of computer vision in recent years (Hinton and Salakhutdinov, 2006; Krizhevsky et al., 2012). As a fundamental task, semantic segmentation aims to predict class labels for each pixel of images, which empowers machines perception of the visual world. In spite of recent successes of fully convolutional networks (Long etal., 2015), several challenges remain to be addressed. In this thesis, we focus on this topic, under different kinds of input formats and various types of scenes. Specifically, our study contains two aspects: (1) Data-driven neural modules for improved performance. (2) Leverage of datasets w.r.t.training systems with higher performances and better data privacy guarantees. In the first part of this thesis, we improve semantic segmentation by designing new modules which are compatible with existing architectures. First, we develop a spatio-temporal data-driven pooling, which brings additional information of data (i.e. superpixels) into neural networks, benefiting the training of neural networks as well as the inference on novel data. We investigate our approach in RGB-D videos for segmenting indoor scenes, where depth provides complementary cues to colors and our model performs particularly well. Second, we design learnable dilated convolutions, which are the extension of standard dilated convolutions, whose dilation factors (Yu and Koltun, 2016) need to be carefully determined by hand to obtain decent performance. We present a method to learn dilation factors together with filter weights of convolutions to avoid a complicated search of dilation factors. We explore extensive studies on challenging street scenes, across various baselines with different complexity as well as several datasets at varying image resolutions. In the second part, we investigate how to utilize expensive training data. First, we start from the generative modelling and study the network architectures and the learning pipeline for generating multiple examples. We aim to improve the diversity of generated examples but also to preserve the comparable quality of the examples. Second, we develop a generative model for synthesizing features of a network. With a mixture of real images and synthetic features, we are able to train a segmentation model with better generalization capability. Our approach is evaluated on different scene parsing tasks to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Finally, we study membership inference on the semantic segmentation task. We propose the first membership inference attack system against black-box semantic segmentation models, that tries to infer if a data pair is used as training data or not. From our observations, information on training data is indeed leaking. To mitigate the leakage, we leverage our synthetic features to perform prediction obfuscations, reducing the posterior distribution gaps between a training and a testing set. Consequently, our study provides not only an approach for detecting illegal use of data, but also the foundations for a safer use of semantic segmentation models.
Modernes “deep learning" hat in den letzten Jahren erstaunliche Entwicklungen im Bereich Computer Vision ermöglicht (Hinton and Salakhutdinov, 2006; Krizhevsky et al., 2012). Eine grundlegende Aufgabe der semantischen Segmentierung ist es, labels für jedes Pixel von Bildern vorherzusagen, wodurch die Wahrnehmung der visuellen Welt durch Maschinen verbessert wird. Trotz der jüngsten Erfolge von vollständig faltenden Netzwerken (fully convolutional networks) (Long et al., 2015) müssen einige Herausforderungen noch gemeistert werden. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf dieses Thema, unter verschiedenen Arten von Eingabeformaten und verschiedenen Arten von Szenen. Unsere Studie enthält insbesondere zwei Aspekte: (1) Datengesteuerte neuronale Module für eine verbesserte Leistung. (2) Nutzung von Datensätzen mit Trainingssystemen mit höherer Leistung und besseren Datenschutzgarantien. Im ersten Teil der Arbeit verbessern wir die semantische Segmentierung, indem wir neue Module entwerfen, die mit vorhandenen Architekturen kompatibel sind. Zunächst entwickeln wir ein räumlich-zeitliches datengesteuertes Pooling, das zusätzliche Dateninformationen (d. h. Superpixel) in neuronale Netze einbringt, was sowohl dem Training neuronaler Netze als auch der Folgerung auf neue Daten zugute kommt. Wir untersuchen unseren Ansatz in RGB-D-Videos zur Segmentierung von Szenen in Innenräumen, bei denen die Tiefe ergänzende Hinweise zu Farben liefert. Es zeigt sich, dass unser Modell besonders leistungsfähig ist. Zweitens entwerfen wir lernbare erweiterte Faltungen, die die Erweiterung von erweiterten Standardfaltungen darstellen (Yu and Koltun, 2016), deren Erweiterungsfaktoren sorgfältig von Hand bestimmt werden müssen, um eine angemessene Leistung zu erzielen. Wir präsentieren eine Methode, um Dilatationsfaktoren zusammen mit Filtergewichten von Faltungen zu lernen, um eine komplizierte Suche nach Dilatationsfaktoren zu vermeiden. Wir untersuchen umfangreiche Studien zu herausfordernden Straßenszenen über verschiedene Baselines mit unterschiedlicher Komplexität sowie Datensätze mit unterschiedlichen Bildauflösungen. Im zweiten Teil untersuchen wir den Umgang mit teuren Trainingsdaten. Wir beginnen mit der generativen Modellierung und untersuchen die Netzwerkarchitekturen sowie die Lernpipeline zur Generierung mehrerer Beispiele. Wir sind bestrebt, die Vielfalt der generierten Beispiele zu verbessern, aber die vergleichbare Qualität der generierten Beispiele zu bewahren. Zweitens entwickeln wir ein generatives Modell zur Synthese von Zwischenmerkmalen eines neuronalen Netzwerks. Mit einer Mischung aus realen Bildern und synthetischen Merkmalen können wir ein semantisches Segmentierungsmodell mit einer besseren Generalisierungsfähigkeit trainieren. Unser Ansatz wird anhand verschiedener Aufgaben zum Parsen von Szenen bewertet, um die Wirksamkeit der Vorschlagsmethode zu demonstrieren. Schließlich untersuchen wir die Inferenz der Zugehörigkeit zu einer semantischen Segmentierungsaufgabe. Wir schlagen das erste Inferenzangriffssystem für die Mitgliedschaft gegen Black-Box-Semantik-Segmentierungsmodelle vor, bei dem versucht wird, zu schließen, dass ein Datenpaar als Trainingsdaten verwendet wird oder nicht. Aus unseren Beobachtungen geht hervor, dass Informationen zu Trainingsdaten tatsächlich undicht sind. Um die Leckage zu mindern, setzen wir unsere synthetischen Funktionen ein, um Vorhersageverschleierungen durchzuführen und die Lücken in der posterioren Verteilung zwischen Training und Testset zu verringern. Folglich bietet unsere Studie nicht nur einen Ansatz zur Aufdeckung der illegalen Verwendung von Daten, sondern auch die Grundlagen für eine sicherere Verwendung semantischer Segmentierungsmodelle.
2020-02-26T11:32:30Z
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2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-302188
hdl:20.500.11880/28784
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30218
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/287942020-03-05T16:33:36Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:trueddc:670open_accessdoc-type:doctoralThesisddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Entwicklung eines teilautomatisierten Montagesystems für die Montage von kundenspezifischen Baugruppen durch die Mensch-Roboter-Kooperation
Geenen, Aaron Karl Albert
Müller, Rainer
ddc:600
ddc:620
ddc:670
Maschinenbau
Produktionssystem
Teilautomation
Flexible Montage
Arbeitsplatz
Prozessentwicklung
Montagesystem
bedarfsgerechte Automation
Teilautomatisierter Arbeitsplatz
Mensch-Roboter-Kooperation
Steuerungskonzept
Prozessentwicklung und -führung
fähigkeitsbasierte Aufgabenteilung
angepasstes Bedienkonzept
Intelligente Assistenzsysteme
Sondermaschinenbau
Kundenspezifische Baugruppen
Die Entwicklung der Produktionstechnik im Bereich der Handhabungstechnik verschafft Mensch und Roboter neue Aufgabenfelder in der Montage. In Unternehmen, deren Montage technischen und wirtschaftlichen Risiken unterliegt, bietet die bedarfsgerechte Teilautomatisierung von Montagearbeitsplätzen durch die Mensch-Roboter-Kooperation ein großes Potenzial zur Effizienzsteigerung und eine Erhöhung der Prozessfähigkeit. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag für die Produktivitätssteigerung im Produktentstehungsprozess von kundenspezifischen Baugruppen und stellt einen Leitfaden für die bedarfsgerechte Automatisierung der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter dar. Ein Lösungsansatz für die Automatisierung ergibt sich durch die Entwicklung eines angepassten Steuerungskonzepts für die Prozessentwicklung und -führung. Ein weiterer Vorteil ist die Gestaltung des Bedienkonzeptes mit einem anforderungsgerechten Messkonzept, welches die Mitarbeiter durch Assistenzfunktionen im Produktionsumfeld unterstützt, um die Installations- und Inbetriebnahmezeiten eines teilautomatisierten Montagearbeitsplatzes erheblich zu verkürzen. Anhand des Aufbaus einer Entwicklungsumgebung und der Erprobung im Produktionsumfeld werden die Funktionen des teilautomatisierten Arbeitsplatzes nachgewiesen und validiert. Die Steigerung der Produktivität im Sondermaschinenbau wird gegenüber dem Stand der Technik aufgezeigt und die Übertragbarkeit des Steuerungskonzepts in die Flugzeugbranche belegt.
The development of production technology in the field of handling technology has created new areas for an interaction of humans and robots in assembly. In companies whose assembly is subject to technical and economic risks, the needs-based partial automation of assembly systems through human-robot cooperation offers great potential for increasing efficiency and process capability. This thesis contributes to the increase of productivity in the product development process of customer-specific assemblies and provides a guideline for the need-based automation of the cooperation between human and robot. A solution approach for automation results from the development of an adapted control concept for process development and process control. A further advantage is the design of the operating concept with a measurement concept that meets the requirements and supports the employees with assistance functions in the production environment in order to considerably shorten the installation and commissioning times of a semi-automated assembly workstation. The functions of the semi-automated workstation are verified and validated by setting up a development environment and testing it in the production setting. The increase in productivity in special machinery construction becomes evident when compared to the state of the art and the transferability of the control concept to the aircraft industry has been proven.
2020-02-27T08:57:28Z
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2019
doc-type:doctoralThesis
urn:nbn:de:bsz:291--ds-302206
hdl:20.500.11880/28794
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30220
ger
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300382020-12-07T16:02:15Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3ddc:530has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Relation between Crystal Structure and Transition Temperature of Superconducting Metals and Alloys
Koblischka, Michael Rudolf
Roth, Susanne
Koblischka-Veneva, Anjela
Karwoth, Thomas
Wiederhold, Alex
Zeng, Xian Lin
Fasoulas, Stefanos
Murakami, Masato
ddc:500
ddc:530
ddc:600
metallic superconductors
superconducting alloys
A15 superconductors
transition temperature
Roeser–Huber equation
Using the Roeser–Huber equation, which was originally developed for high temperature
superconductors (HTSc) (H. Roeser et al., Acta Astronautica 62 (2008) 733), we present a calculation
of the superconducting transition temperatures, Tc, of some elements with fcc unit cells (Pb, Al),
some elements with bcc unit cells (Nb, V), Sn with a tetragonal unit cell and several simple metallic
alloys (NbN, NbTi, the A15 compounds and MgB2). All calculations used only the crystallographic
information and available data of the electronic configuration of the constituents. The model itself is
based on viewing superconductivity as a resonance effect, and the superconducting charge carriers
moving through the crystal interact with a typical crystal distance, x. It is found that all calculated
Tc-data fall within a narrow error margin on a straight line when plotting (2x)
2 vs. 1/Tc like in the
case for HTSc. Furthermore, we discuss the problems when obtaining data for Tc from the literature or
from experiments, which are needed for comparison with the calculated data. The Tc-data presented
here agree reasonably well with the literature data.
2020-11-17T10:41:25Z
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2020
2020-03-02T12:39:57Z
doc-type:article
Metals 10 (2): 158 (2020)
2075-4701
urn:nbn:de:bsz:291--ds-304243
hdl:20.500.11880/30038
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30424
10.3390/met10020158
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301982020-12-21T08:42:40Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Tracing Microalloy Precipitation in Nb-Ti HSLA Steel during Austenite Conditioning
Webel, Johannes
Herges, Adrian
Britz, Dominik
Detemple, Eric
Flaxa, Volker
Mohrbacher, Hardy
Mücklich, Frank
ddc:500
ddc:600
niobium-titanium microalloyed steel
electrical resistivity
atom probe tomography
scanning electron microscopy
The microalloying with niobium (Nb) and titanium (Ti) is standardly applied in low carbon steel high-strength low-alloy (HSLA) steels and enables austenite conditioning during thermo-mechanical controlled processing (TMCP), which results in pronounced grain refinement in the finished steel. In that respect, it is important to better understand the precipitation kinetics as well as the precipitation sequence in a typical Nb-Ti-microalloyed steel. Various characterization methods were utilized in this study for tracing microalloy precipitation after simulating different austenite TMCP conditions in a Gleeble thermo-mechanical simulator. Atom probe tomography (APT), scanning transmission electron microscopy in a focused ion beam equipped scanning electron microscope (STEM-on-FIB), and electrical resistivity measurements provided complementary information on the precipitation status and were correlated with each other. It was demonstrated that accurate electrical resistivity measurements of the bulk steel could monitor the general consumption of solute microalloys (Nb) during hot working and were further complemented by APT measurements of the steel matrix. Precipitates that had formed during cooling or isothermal holding could be distinguished from strain-induced precipitates by corroborating STEM measurements with APT results, because APT specifically allowed obtaining detailed information about the chemical composition of precipitates as well as the elemental distribution. The current paper highlights the complementarity of these methods and shows first results within the framework of a larger study on strain-induced precipitation.
2020-12-14T09:57:51Z
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2020
2020-03-02T12:40:01Z
doc-type:article
Metals 10 (2): 243 (2020)
2075-4701
urn:nbn:de:bsz:291--ds-304257
hdl:20.500.11880/30198
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30425
10.3390/met10020243
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/300402020-11-27T13:42:18Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:570ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Identification and Heterologous Expression of the Albucidin Gene Cluster from the Marine Strain Streptomyces Albus Subsp. Chlorinus NRRL B-24108
Myronovskyi, Maksym
Rosenkränzer, Birgit
Stierhof, Marc
Petzke, Lutz
Seiser, Tobias
Luzhetskyy, Andriy
ddc:500
ddc:570
ddc:600
albucidin
herbicide
nucleoside
biosynthetic gene cluster
heterologous expression
Streptomyces albus Del14
Herbicides with new modes of action and safer toxicological and environmental profiles are
needed to manage the evolution of weeds that are resistant to commercial herbicides. The unparalleled
structural diversity of natural products makes these compounds a promising source for new herbicides.
In 2009, a novel nucleoside phytotoxin, albucidin, with broad activity against grass and broadleaf
weeds was isolated from a strain of Streptomyces albus subsp. chlorinus NRRL B-24108. Here, we report
the identification and heterologous expression of the previously uncharacterized albucidin gene
cluster. Through a series of gene inactivation experiments, a minimal set of albucidin biosynthetic
genes was determined. Based on gene annotation and sequence homology, a model for albucidin
biosynthesis was suggested. The presented results enable the construction of producer strains for
a sustainable supply of albucidin for biological activity studies.
2020-11-17T11:12:39Z
2020-11-17T11:12:39Z
2020
2020-03-02T12:40:04Z
doc-type:article
Microorganisms 8 (2): 237 (2020)
2076-2607
urn:nbn:de:bsz:291--ds-304263
hdl:20.500.11880/30040
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30426
10.3390/microorganisms8020237
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http://www.mdpi.com/2076-2607/8/2/237/s1
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/301962020-12-21T10:58:59Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:570ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Application of Organic-Inorganic Hybrids in Chemical Analysis, Bio- and Environmental Monitoring
Silina, Yuliya E.
Gernaey, Krist V.
Semenova, Daria
Iatsunskyi, Igor
ddc:500
ddc:570
ddc:600
organic-inorganic hybrids
biosensors
nanobiosensors
nanoengineering
design
nanoanalytics
nanometrology
mathematical models
Organic-inorganic hybrids (OIH) are considered to be a powerful platform for applications in many research and industrial fields. This review highlights the application of OIH for chemical analysis, biosensors, and environmental monitoring. A methodology toward metrological traceability measurement and standardization of OIH and demonstration of the role of mathematical modeling in biosensor design are also presented. The importance of the development of novel types of OIH for biosensing applications is highlighted. Finally, current trends in nanometrology and nanobiosensors are presented.
2020-12-14T08:17:29Z
2020-12-14T08:17:29Z
2020
2020-03-02T12:40:07Z
doc-type:article
Applied Sciences 10 (4): 1458 (2020)
2076-3417
urn:nbn:de:bsz:291--ds-304275
hdl:20.500.11880/30196
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30427
10.3390/app10041458
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/291902021-01-12T12:25:21Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Analysis of Current Ripples in Electromagnetic Actuators with Application to Inductance Estimation Techniques for Sensorless Monitoring
König, Niklas
Nienhaus, Matthias
Grasso, Emanuele
ddc:600
electromagnetic actuators
position estimation
self-sensing
sensorless
solenoid
Techniques for estimating the plunger position have successfully proven to support operation and monitoring of electromagnetic actuators without the necessity of additional sensors. Sophisticated techniques in this field make use of an oversampled measurement of the rippled driving current in order to reconstruct the position. However, oversampling algorithms place high demands on AD converters and require significant computational effort which are not desirable in low-cost actuation systems. Moreover, such low-cost actuators are affected by eddy currents and parasitic capacitances, which influence the current ripple significantly. Therefore, in this work, those current ripples are modeled and analyzed extensively taking into account those effects. The Integrator-Based Direct Inductance Measurement (IDIM) technique, used for processing the current ripples, is presented and compared experimentally to an oversampling technique in terms of noise robustness and implementation effort. A practical use case scenario in terms of a sensorless end-position detection for a switching solenoid is discussed and evaluated. The obtained results prove that the IDIM technique outperforms oversampling algorithms under certain conditions in terms of noise robustness, thereby requiring less sampling and calculation effort. The IDIM technique is shown to provide a robust position estimation in low-cost applications as in the presented example involving a end-position detection.
2020-05-28T07:22:26Z
2020-05-28T07:22:26Z
2020
2020-03-27T13:23:34Z
doc-type:article
Actuators 9 (1): 17 (2020)
2076-0825
urn:nbn:de:bsz:291--ds-305579
hdl:20.500.11880/29190
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30557
10.3390/act9010017
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/302002020-12-21T11:23:20Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
In Situ Analysis of the Phase Transformation Kinetics in the β-Water-Quenched Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr Alloy during Ageing after Fast Heating
Paiotti Marcondes Guimarães, Rafael
Callegari, Bruna
Warchomicka, Fernando
Aristizabal, Katherine
Soldera, Flavio
Mücklich, Frank
Cavalcanti Pinto, Haroldo
ddc:500
ddc:600
high-energy X-ray diffraction
near-beta titanium alloys
ageing
Rietveld refinement
spinodal decomposition
metastable phases
Ti-55531
Thermal treatments are the main route to achieve improvements in mechanical properties
of β-metastable titanium alloys developed for structural applications in automotive and aerospace
industries. Therefore, it is of vital importance to determine phase transformation kinetics and
mechanisms of nucleation and precipitation during heat treatment of these alloys. In this context,
the present paper focuses on the assessment of solid-state transformations in a β-water-quenched
Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr alloy during the early stages of ageing treatment at 500 ◦C. In situ tracking of
transformations was performed using high-energy synchrotron X-ray diffraction. The transformation
sequence β + ω → α + α”iso + β is proposed to take place during this stage. Results show that
isothermal α” phase precipitates from ω and from spinodal decomposition domains of the β phase,
whereas α nucleates from ω, β and also from α” with different morphologies. Isothermal α” is
considered to be the regulator of transformation kinetics. Hardness measurements confirm the
presence of ω, although this phase was not detected by X-ray diffraction during the in situ treatment.
2020-12-14T11:56:09Z
2020-12-14T11:56:09Z
2020
2020-03-27T13:23:38Z
doc-type:article
Quantum Beam Science 4 (1): 12 (2020)
2412-382X
urn:nbn:de:bsz:291--ds-305585
hdl:20.500.11880/30200
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30558
10.3390/qubs4010012
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/302072021-10-13T10:52:50Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3doc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbhas-source-swb:falseddc:620
Renal Tumors of Childhood—A Histopathologic Pattern-Based Diagnostic Approach
Ooms, Ariadne H.A.G.
Vujanić, Gordan M.
D’Hooghe, Ellen
Collini, Paola
L’Herminé-Coulomb, Aurore
Vokuhl, Christian
Graf, Norbert
van den Heuvel-Eibrink, Marry M.
de Krijger, Ronald R.
ddc:600
pediatric
oncology
renal tumors
immunohistochemistry
molecular analysis
Renal tumors comprise approximately 7% of all malignant pediatric tumors. This is a
highly heterogeneous group of tumors, each with its own therapeutic management, outcome, and
association with germline predispositions. Histopathology is the key in establishing the correct
diagnosis, and therefore pathologists with expertise in pediatric oncology are needed for dealing with
these rare tumors. While each tumor shows different histologic features, they do have considerable
overlap in cell type and histologic pattern, making the diagnosis difficult to establish, if based
on routine histology alone. To this end, ancillary techniques, such as immunohistochemistry and
molecular analysis, can be of great importance for the correct diagnosis, resulting in appropriate
treatment. To use ancillary techniques cost-effectively, we propose a pattern-based approach and
provide recommendations to aid in deciding which panel of antibodies, supplemented by molecular
characterization of a subset of genes, are required.
2020-12-15T12:54:56Z
2020-12-15T12:54:56Z
2020
2020-03-27T13:23:47Z
doc-type:article
Cancers 12 (3): 729 (2020)
2072-6694
urn:nbn:de:bsz:291--ds-305609
hdl:20.500.11880/30207
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30560
10.3390/cancers12030729
eng
http://www.mdpi.com/2072-6694/12/3/729/s1
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Analysis and Application of the Direct Flux Control Sensorless Technique to Low-Power PMSMs
Grasso, Emanuele
Palmieri, Marco
Mandriota, Riccardo
Cupertino, Francesco
Nienhaus, Matthias
Kleen, Stephan
ddc:600
synchronous motor
PMSM
sensorless technique
motor control
motor drive
inductance matrix
direct flux control
In the field of sensorless control of permanent magnet synchronous motors (PMSMs), different techniques based on machine anisotropies have been studied and implemented successfully. Nevertheless, most proposed approaches extract the rotor position information from the measured machine currents, that, when applied to low-power machines, might require high-bandwidth current sensors. An interesting alternative is given by sensorless techniques that exploit the star-point voltage of PMSMs, such as the direct flux control technique. This work aims at analyzing the conditions of applicability of such technique by considering a more thorough description of the machine inductance matrix. After a comprehensive mathematical description of the technique and characterization of the machine anisotropy information that is extracted from the star-point voltage, simulation as well as experimental results conducted on a test machine are presented and discussed in order to validate the proposed theory.
2020-06-18T12:51:14Z
2020-06-18T12:51:14Z
2020
2020-03-27T13:24:03Z
doc-type:article
Energies 13 (6): 1453 (2020)
1996-1073
urn:nbn:de:bsz:291--ds-305641
hdl:20.500.11880/29286
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30564
10.3390/en13061453
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/302122021-03-02T09:27:55Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:610ddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:100ddc:500ddc:620
Disambiguating “Mechanisms” in Pharmacy: Lessons from Mechanist Philosophy of Science
Abdin, Ahmad Yaman
Jacob, Claus
Kästner, Lena
ddc:100
ddc:500
ddc:600
ddc:610
arrows
Baumkuchen model
causation
mode of action
multi-level mechanisms
new mechanist philosophy
pharmacodynamics
Talk of mechanisms is ubiquitous in the natural sciences. Interdisciplinary fields such as biochemistry and pharmacy frequently discuss mechanisms with the assistance of diagrams. Such diagrams usually depict entities as structures or boxes and activities or interactions as arrows. While some of these arrows may indicate causal or componential relations, others may represent temporal or operational orders. Importantly, what kind of relation an arrow represents may not only vary with context but also be underdetermined by empirical data. In this manuscript, we investigate how an analysis of pharmacological mechanisms in terms of producing and underlying mechanisms—as discussed in the contemporary philosophy of science—may shed light on these issues. Specifically, we shall argue that while pharmacokinetic mechanisms usually describe causal chains of production, pharmacodynamics tends to focus on mechanisms of action underlying the in vivo effects of a drug. Considering the action of thyroid gland hormones in the human body as a case study, we further demonstrate that pharmacodynamic schemes tend to incorporate entities and interactions on multiple levels. Yet, traditional pharmacodynamic schemes are sketched “flat”, i.e., non-hierarchically. We suggest that transforming flat pharmacodynamic schemes into mechanistic multi-level representations may assist in disentangling the different kinds of mechanisms and relations depicted by arrows in flat schemes. The resulting Baumkuchen model provides a powerful and practical alternative to traditional flat schemes, as it explicates the relevant mechanisms and relations more clearly. On a more general note, our discussion demonstrates how pharmacology and related disciplines may benefit from applying concepts from the new mechanist philosophy to guide the interpretation of scientific diagrams.
2020-12-16T09:21:39Z
2020-12-16T09:21:39Z
2020
2020-03-27T13:24:06Z
doc-type:article
International Journal of Environmental Research and Public Health 17 (6): 1833 (2020)
1660-4601
urn:nbn:de:bsz:291--ds-305657
hdl:20.500.11880/30212
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30565
10.3390/ijerph17061833
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Efficacy of Allicin against Plant Pathogenic Fungi and Unveiling the Underlying Mode of Action Employing Yeast Based Chemogenetic Profiling Approach
Sarfraz, Muhammad
Nasim, Muhammad Jawad
Jacob, Claus
Gruhlke, Martin C. H.
ddc:500
ddc:600
ddc:610
allicin
garlic
antifungal activities
haploinsufficiency screening
yeast
chemogenetic screening
fungicide
agriculture
Allicin (diallylthiosulfinate) is the principal organosulfur compound present in freshly damaged garlic tissue which exhibits a wide range of biological actions including antibacterial, antifungal, antiviral and anticancer properties. The antifungal activities of allicin were investigated against plant pathogenic fungi of agriculture importance. Furthermore, a yeast genome haploinsufficiency screening was also employed to decipher the antifungal mode of action of allicin. Wildtype and 1152 yeast mutant strains (each deprived of one specific allele of an essential gene in a diploid strain) were screened against allicin. Allicin exhibited promising antifungal properties against all the tested plant pathogens. Haploinsufficiency screening revealed three hypersensitive yeast mutants with gene deletions coding for proteins involved in DNA replication, mitochondrial translation and chromatids cohesion. These processes play a vital role in the cell cycle, growth and viability of yeast cells. Taken together, the results of the present study unravel the excellent antifungal activities and mechanisms and modes of action of allicin. These findings also indicate the potential use of allicin as an alternative “green” fungicide (fumigant) in agriculture.
2020-12-16T12:15:16Z
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2020
2020-04-15T13:17:56Z
doc-type:article
Applied Sciences 10 (7): 2563 (2020)
2076-3417
urn:nbn:de:bsz:291--ds-307413
hdl:20.500.11880/30221
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30741
10.3390/app10072563
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/290222020-06-16T13:46:14Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Low voltage operation of a silver/silver chloride battery with high desalination capacity in seawater
Srimuk, Pattarachai
Husmann, Samantha
Presser, Volker
ddc:600
Technologies for the effective and energy efficient removal of salt from saline media for advanced water remediation are in high demand. Capacitive deionization using carbon electrodes is limited to highly diluted salt water. Our work demonstrates the high desalination performance of the silver/silver chloride conversion reaction by a chloride ion rocking-chair desalination mechanism. Silver nanoparticles are used as positive electrodes while their chlorination into AgCl particles produces the negative electrode in such a combination that enables a very low cell voltage of only Δ200 mV. We used a chloride-ion desalination cell with two flow channels separated by a polymeric cation exchange membrane. The optimized electrode paring between Ag and AgCl achieves a low energy consumption of 2.5 kT per ion when performing treatment with highly saline feed (600 mM NaCl). The cell affords a stable desalination capacity of 115 mg g−1 at a charge efficiency of 98%. This performance aligns with a charge capacity of 110 mA h g−1.
2020-04-21T10:57:20Z
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2019
doc-type:article
2046-2069
urn:nbn:de:bsz:291--ds-307649
hdl:20.500.11880/29022
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30764
10.1039/C9RA02570G
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/290362021-03-23T10:05:49Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopenapcopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:620
Early evaluation of corneal collagen crosslinking in ex-vivo human corneas using two-photon imaging
Goncalves Batista, Ana Maria
Breunig, Hans Georg
Hager, Tobias
Seitz, Berthold
König, Karsten
ddc:600
Biomedical engineering
Biophotonics
Corneal diseases
Medical imaging
Nonlinear optics
The clinical outcome of corneal collagen crosslinking (CXL) is typically evaluated several weeks after treatment. An earlier assessment of its outcome could lead to an optimization of the treatment, including an immediate re-intervention in case of failure, thereby, avoiding additional discomfort and pain to the patient. In this study, we propose two-photon imaging (TPI) as an earlier evaluation method. CXL was performed in human corneas by application of riboflavin followed by UVA irradiation. Autofluorescence (AF) intensity and lifetime images were acquired using a commercial clinically certified multiphoton tomograph prior to CXL and after 2h, 24h, 72h, and 144h storage in culture medium. The first monitoring point was determined as the minimum time required for riboflavin clearance from the cornea. As control, untreated samples and samples treated only with riboflavin (without UVA irradiation) were monitored at the same time points. Significant increases in the stroma AF intensity and lifetime were observed as soon as 2h after treatment. A depth-dependent TPI analysis showed higher AF lifetimes anteriorly corresponding to areas were CXL was most effective. No alterations were observed in the control groups. Using TPI, the outcome of CXL can be assessed non-invasively and label-free much sooner than with conventional clinical devices.
European Union Horizon 2020 (LASER-HISTO); European project FLIMVERTICO
2020-04-22T09:24:47Z
2020-04-22T09:24:47Z
2019
doc-type:article
2045-2322
urn:nbn:de:bsz:291--ds-307690
hdl:20.500.11880/29036
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30769
10.1038/s41598-019-46572-3
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/302262021-02-08T16:20:33Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Shear Thinning in the Prandtl Model and Its Relation to Generalized Newtonian Fluids
Müser, Martin H.
ddc:500
ddc:600
friction
viscosity
shear thinning
theory
molecular dynamics
Fokker Planck equation
blood flow
The Prandtl model is certainly the simplest and most generic microscopic model describing
solid friction. It consists of a single, thermalized atom attached to a spring, which is dragged past
a sinusoidal potential representing the surface energy corrugation of a counterface. While it was
primarily introduced to rationalize how Coulomb’s friction law can arise from small-scale instabilities,
Prandtl argued that his model also describes the shear thinning of liquids. Given its success regarding
the interpretation of atomic-force-microscopy experiments, surprisingly little attention has been
paid to the question how the Prandtl model relates to fluid rheology. Analyzing its Langevin and
Brownian dynamics, we show that the Prandtl model produces friction–velocity relationships, which,
converted to a dependence of effective (excess) viscosity on shear rate η(γ˙), is strikingly similar
to the Carreau–Yasuda (CY) relation, which is obeyed by many non-Newtonian liquids. The two
dimensionless parameters in the CY relation are found to span a broad range of values. When
thermal energy is small compared to the corrugation of the sinusoidal potential, the leading-order γ˙
2
corrections to the equilibrium viscosity only matter in the initial part of the cross-over from Stokes
friction to the regime, where η obeys approximately a sublinear power law of 1/γ.
2020-12-17T08:50:58Z
2020-12-17T08:50:58Z
2020
2020-04-28T13:42:44Z
doc-type:article
Lubricants 8 (4): 38 (2020)
2075-4442
urn:nbn:de:bsz:291--ds-308084
hdl:20.500.11880/30226
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30808
10.3390/lubricants8040038
eng
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oai:publikationen.sulb.uni-saarland.de:20.500.11880/302312021-03-15T14:43:16Zcom_20.500.11880_2col_20.500.11880_3has-source-swb:truedoc-type:articleopen_accessddc:600doc-type:ResearchDatainterface:dnbddc:500ddc:620
Biological Activity of Hydrophilic Extract of Chlorella vulgaris Grown on Post-Fermentation Leachate from a Biogas Plant Supplied with Stillage and Maize Silage
Zielinski, Dariusz
Fraczyk, Justyna
Debowski, Marcin
Zielinski, Marcin
Kaminski, Zbigniew J.
Kregiel, Dorota
Jacob, Claus
Kolesinska, Beata
ddc:500
ddc:600
microalgae
post-fermentation leachate
water extract
protein fraction
antioxidant activity
antibacterial and antifungal activity
nematicidal activity
Algae are employed commonly in cosmetics, food and pharmaceuticals, as well as in feed
production and biorefinery processes. In this study, post-fermentation leachate from a biogas plant
which exploits stillage and maize silage was utilized as a culture medium forChlorella vulgaris. The content
of polyphenols in hydrophilic extracts of the Chlorella vulgaris biomass was determined, and the extracts
were evaluated for their antioxidant activity (DPPH assay), antibacterial activity (against Escherichia coli,
Lactobacillus plantarum, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis) and antifungal activity (against
Aspergillus niger, Candida albicans, Saccharomyces cerevisiae). The use of the post-fermentation leachate was
not found to affect the biological activity of the microalgae. The aqueous extract of Chlorella vulgaris
biomass was also observed to exhibit activity against nematodes. The results of this study suggest that
Chlorella vulgaris biomass cultured on post-fermentation leachate from a biogas plant can be successfully
employed as a source of natural antioxidants, food supplements, feed, natural antibacterial and antifungal
compounds, as well as in natural methods of plant protection.
2020-12-17T09:59:07Z
2020-12-17T09:59:07Z
2020
2020-04-28T14:24:39Z
doc-type:article
Molecules 25 (8): 1790 (2020)
1420-3049
urn:nbn:de:bsz:291--ds-308136
hdl:20.500.11880/30231
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30813
10.3390/molecules25081790
eng
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Saarländische Universitäts- und Landesbibliothek
oai_dc///ddc:600/100