Einrichtungen und Programme
Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen eigenständig oder im Verbund mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen. Zahlreiche Projekte – nachdem sie ein competitives Antragsverfahren durchlaufen haben – werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) oder durch Programme der Europäischen Union (EU) finanziell gefördert.
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Zuverlässige Folienkondensatoren mit erhöhtem Leistungspotential
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2024
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Bewegungsplanung für Fahrsimulatoren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Industrie -
Effiziente adaptive CIP-Tankreinigung durch Umsetzung eines Agentenbasierten Internet-of-Things (IoT) Ansatzes
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2020 - 30. April 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Produkte zu ermöglichen sowie den geltenden Gesetzen und Normen zu entsprechen, unterliegt ein Großteil der Produktionsanlagen in der lebensmittelverarbeitenden, biotechnologischen, pharmazeutischen, kosmetischen und chemischen Industrie einer häufigen und regelmäßigen Reinigung. Infolge wachsender Produktvielfalt und demzufolge geringer Chargengrößen werden heute schon bis zu 30 % des gesamten Wasserverbrauchs und bis zu 15 % der Gesamtenergiekosten einer Fabrik für die Reinigung aufgewendet. Es ist von hohem wirtschaftlichen Interesse, diese Aufwendungen bei gleichzeit-ger Wahrung der Produktqualität und der Hygienestandards zu minimieren.
Heutzutage erfolgt die Tankreinigung fast durchgängig mittels automatisierter, fest in der Anlage integrierter Reinigungssysteme (CIP). Diese und die zugehörigen CIP-Reinigungsprozesse werden erfahrungsbasiert prognostizierend am Worst Case und damit mit hohen Sicherheitsfaktoren versehen ausgelegt. Das Ergebnis sind robuste Prozesse, die allerdings wegen des hohen Einsatzes von Zeit, Wasser, Chemikalien und Energie mit entsprechend negativen ökologischen und ökonomischen Auswirkungen einhergehen. Eine Risikoanalyse hat darüber hinaus ergeben, dass selbst bei einem validierten System durch stochastische Effekte (z.B. Temperaturschwankungen um ± 1°C) in bis zu 2 % der Fälle die Reinigungswirkung nicht ausreicht. Adaptive Systeme, die sich selbstständig auf die jeweils vorliegende Reinigungsaufgabe anpassen und somit bedarfsgerecht reinigen, könnten zu massiven Einsparungen an Ressourcen führen.Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein aus autonom agierenden Akteuren bzw. Agenten aufgebautes, Internet-of-Things-basiertes CIP-System zu entwickeln, das in der Lage ist, die Effizienz der Behälterreinigung in Bezug auf Ressourcen-, Energie- und Zeitbedarf gegenüber einem State-of-the-Art-Referenzsystem (Standard-Orbitalreinigung) zu verbessern.
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CMOS compatible and ultra broadband on-chip SiC frequency comb
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: CMOS compatible and ultra broadband on-chip SiC frequency comb
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Intelligentes Katalysatorträgerkonzept mit additiv gefertigten Strukturen aus einer Formgedächtnislegierung zur Optimierung des Wandwärmeübergangs in Rohrreaktoren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Aktivitätserkennung mithilfe von im Hörgerät integrierten Inertialsensoren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 31. März 2021
Mittelgeber: IndustrieThe hearing aid of the future will be more than just an amplifying device. It may be used as fitness tracker to capture the user’s movements and activity level. Furthermore, it may be used as home monitoring device assessing the user’s vital parameters, tracking the user’s activity status or detecting falls. Hearing aids are becoming more complex and most modern hearing aids are already equipped with additional sensors such as inertial sensors. Acceleration signals are analyzed with signal processing algorithms to enhance speech intelligibility and audio quality. Furthermore, inertial sensors may be used to analyze the user’s movements and physical activity. Hearing aid amplification settings may be adapted according to the current activity. Moreover, given the user's explicit consent, activity recognition enables a long-term tracking of the user’s daily activity status.
The objective of this project is to investigate automatic activity recognition based on inertial sensor data. Therefore, data of different activities will be recorded using the IMU sensor integrated in the hearing aids. The hearing aids are provided by the cooperation partner WS Audiology. Machine learning algorithms will be developed to automatically classify different activity patterns.
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Informatik als Grundlage für digitales Lehren und Lernen in der Lehrerbildung
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. April 2021 -
Optimierte Klärgasaufbereitung durch Methanisierung und Entwicklung eines Energiesystemmodells
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Kläffizient – Flexible und bedarfsgerechte Veredelung von Klärgas zur Energiespeicherung und Erhöhung der Anlageneffizienz
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/energiesysteme-energiewirtschaft/bmwi-projekt-klaeffizient/#collapse_Das Projekt Kläffizient untersucht die Flexibilisierung von Klärwerken hin zu Akteuren an Energiemärkten. Herkömmliche Kläranlagen sind hauptsächlich zur Energiekostenminimierung ausgelegt. Über eine Klärgasveredelung kann jedoch Biomethan in den Gasmarkt eingespeist werden. Hierbei können starke Synergien genutzt werden, wie beispielsweise die parallele Verwendung von den Elektrolyseprodukten Wasserstoff als Eduktgas und Sauerstoff zur Belüftung der biologischen Stufe. Das Konzept der Klärgasveredelung eröffnet einen weiten Flexibilisierungshorizont, bei dem verschiedene Betriebs- und Vermarktungsstrategien wirtschaftlich sinnvoll sein können. Deshalb soll mit einem systemdynamisch modellierten „digitalen Zwilling“ eine optimierte Betriebsweise für Klärwerke über variierende Energiepreisszenarien gefunden werden.
Ziel des Projekts ist die Erprobung der flexiblen Methanisierung von Klärgas in einem variierenden Energiemarkt. Neben simulativen Betrachtungen werden auch Demonstrationen der Methanisierung an einem Standort eines Klärwerks durchgeführt. So soll ein Beitrag zum Klimaschutz bei gleichzeitiger Kostenoptimierung von Klärwerken geleistet werden.
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Analyse der Wachstumskinetik während der Kristallzüchtung von SiC auf großen Kristalldurchmessern unter Anwendung der µ-Computer-Laminographie zur in-situ 3D Visualisierung der Wachstumsphasengrenze
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Vorhaben befasst sich mit der Analyse der Wachstumskinetik von einkristallinem Siliziumkarbid bei ca. 2200 °C und bezieht dabei in-situ Messdaten der Form der Phasengrenze ein, die mithilfe der 3D Computertomographie und µ-Computer-Laminographie live während der Kristallwachstumsexperimente erfasst werden.Ausgehend von den Ergebnissen der ersten Projektphase, fokussieren sich die neuen wissenschaftlichen Fragestellungen auf Wachstumsphänomene bei der Kristallisation auf großen Substratdurchmessern. Das Auftreten von vielfachen Wachstumsfacetten zu Beginn des Kristallisationsprozesses und deren anschließende Koaleszenz soll auf unterschiedlichen Start-Substratorientierungen untersucht werden. Projektziel ist, das in der ersten Projektphase erarbeitete Modell für das laterale Überwachsen von Kristalldefekten und die Aufweitung des einkristallinen Bereichs zu erweitern und zu quantifizieren. Zur Durchführung des Verlängerungsprojektes steht als Vorarbeit eine neu aufgebaute PVT-Züchtungsanlage (Wachstum von SiC Einkristallen mit einem Durchmesser von 150 mm und 200 mm) zur Verfügung. Für die Sichtbarmachung der Wachstumsphänomene an der Phasengrenze beim Wachstum mit großen Kristalldurchmessern soll eine in-situ Röntgen µ-Computer-Laminographie installiert werden, welche erst die Bildgebung in diesem neuen System möglich macht. Durch den großen Durchmesser ist der Kristall für Röntgenstrahlen im Energiebereich von 125 keV und selbst von 160 keV nicht mehr transparent und es muss auf eine diagonale Durchstrahlung im Raum umgestellt werden. Dafür wiederum wird auf die Ergebnisse aus der ersten Projektphase zurückgegriffen, die bereits Abschattungen des Röntgenstrahls bei Kristalldurchmessern von 75 mm berücksichtigt haben. Weiterhin soll für die Analyse der Messdaten und systematische Auswertung der zugrunde liegenden Wachstumsphänomene bei der Kristallisation von SiC eine Datenbank nach dem FAIR-Data-Prinzip (engl. Findable, Accessible, Interoperable, and Re-usable) etabliert werden. Auf diese Weise sollen alle Prozessdaten bei der Kristallisation und in-situ CT Beobachtung und alle Messdaten der anschließenden Charakterisierungen so abgelegt werden, dass sie systematisch und teilweise maschinell untersucht werden können.
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Immersed-cooling Concepts for Electric Vehicle Battery Packs using Viscoelastic Heat Transfer
Liquids (I-BAT)(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
Mittelgeber: EU - 6. Rahmenprogramm
URL: https://www.horizon2020-ibat.euThe penetration of plug-in EVs on the world market faces considerable technological challenges. The performance of battery electric drives is influenced among other things by the power density and efficiency of the EV Battery Thermal System (BTMS), the heating and cooling system for batteries and power electronics. Lithium-ion batteries require a temperature of 15-60 °C for optimal operation, with high demands on temperature uniformity between the cells. The power density of the battery cooling systems has to be doubled compared to the state of the art to enable powerful and compact drives. The tight integration in vehicles means that only minimal cross-sections are available for the liquid coolants used. This challenge is met by innovative coolants, which have shown considerable potential for increasing the cooling effect and reducing pump losses in basic investigations. The subject of work is the synthesis and characterization of mineral oil-based coolants with optimal rheological and thermal properties suitable for EV BTMS. The novel fluids to improve heat transfer consist of a viscoelastic liquid carrier matrix with suspended nanoparticles. The dielectric nature of mineral oils allows the realization of immersion cooling systems with improved heat transfer rates compared to current devices with indirect cooling. In addition, viscoelastic additives can give the flow a controllable non-Newtonian character, resulting in reduced friction losses leading to 10-20% less pressure loss. At the same time, the selective amplification of specific types of coherent secondary flows favors a further increase in heat transfer. Overall, the proposed research aims at doubling thermal performance. The newly developed nanocoolants will be tested in a BTMS prototype to prove that these improments have the potential to revolutionize the relevant transport sector.
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Lernlabor "Künstliche Intelligenz"
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Gemischbildung und Verbrennung von Alkoholen und anderer biogener Kraftstoffe in mischungskontrollierten Brennverfahren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 31. März 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) -
Kohlenstoffallotrope als intelligentes fortschrittliches Biomateria
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Machine Learning for Engineers II (ML4Engineers II)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2020 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule BayernThis new course is designed to familiarize engineering students with the basic procedures and tools of deep learning. A high level of application relevance is ensured by concrete examples from the respective engineering disciplines, such as mechanical engineering, materials science, production engineering, electrical engineering, process engineering or medical technology. The new course offering is designed to enable students to efficiently apply more complex methods of machine learning as a tool for the analysis of large amounts of data. To this end, the course is divided into several blocks, each of which consists of theoretical and practical modules or units. Our first VHB course ML4Engineers I introduces the basics of machine learning, while the current course will cover more advanced topics.
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Förderantrag zur Entwicklung des Kurses „Deep Learning for beginners“
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2021
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern -
Computergestützte Analyse harmonischer Strukturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)In diesem interdisziplinären Projekt soll am Beispiel der automatisierten Analyse harmonischer Strukturen erprobt werden, inwieweit informatische Methoden gewinnbringend im Bereich der Musikwissenschaft eingesetzt werden können und inwieweit musikwissenschaftliche Fragestellungen zu neuen Herausforderungen in der Informatik führen. Neben computerbasierten Methoden und Werkzeugen zur Harmonieanalyse sind neuartige Visualisierungs- und Navigationskonzepte zu erforschen, die es erlauben, große Musikdatenbestände hinsichtlich harmonischer Strukturen auf interaktive Weise zu durchsuchen und zu analysieren. Die zu entwickelnden Konzepte werden paradigmatisch anhand von konkreten Werkzyklen entwickelt, verifiziert und diskutiert. Insbesondere soll im Fall der Tetralogie "Der Ring des Nibelungen" von Richard Wagner auch musikwissenschaftliches Neuland bei der Erforschung bisher verborgener struktureller Bezüge betreten werden.
Im vorliegenden Fortsetzungsantrag berichten wir zunächst über die zentralen Ergebnisse, die in dem für drei Jahre bewilligten Projekt erzielt wurden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der Projektlaufzeit die wesentlichen Ziele des Erstantrags erfolgreich umgesetzt und auf international führenden Konferenzen vorgestellt wurden. Weiterhin wurden im Umfeld des Projekts mehrere interdisziplinär angelegte Workshops und Tagungen ausgerichtet, die zu einem intensiven Dialog zwischen Historischer Musikwissenschaft und Informatik auf der Basis ihrer unterschiedlichen Voraussetzungen und Methoden geführt haben. In einer zweiten Projektphase sollen nun die Zielstellungen des Projekts signifikant erweitert werden. Durch die Miteinbeziehung weiterer Parameter sollen die harmonischen Analysen ausgeweitet und verfeinert werden. Neben harmonischen Strukturen sollen weitere musikalische Aspekte wie Motivik, Instrumentierung und Aufführungspraxis sowie deren Wechselbeziehungen Gegenstand der computergestützten Analyse werden. Die in der ersten Projektphase erarbeiteten Datensammlungen zu Beethovens Klaviersonaten und Wagners "Ring" inklusive der symbolisch kodierten Notentexte und annotierten Musikaufnahmen stellen hierfür eine exzellente Grundlage dar. Durch die Fortsetzung des Projekts soll der durch ein großes Maß an Offenheit, gegenseitigem Interesse und langfristigem Denken geprägte Austausch der Kooperationspartner weitergeführt werden und als Beispiel eines erfolgreichen interdisziplinären Dialogs im Bereich der "Digital Humanities" dienen.
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KonditorGas: Industrielle Prozesswärmeerzeugung durch katalytische Konditionierung von Synthesegasen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Industrielle Prozesswärmeerzeugung durch katalytische Konditionierung von Synthesegasen
Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/bmwi-projekt-konditorgas/Dieses Projekt soll einen neuartigen Weg aufzeigen, die bisher überwiegende Bereitstellung von (Hochtemperatur-) Prozesswärme durch fossile Brennstoffe mit klimafreundlichen biogenen Gasen aus der thermo-chemischen Vergasung zu substituieren. Gegenüber dem bisher meist diskutierten Ansatz zum Einsatz von erneuerbaren Erdgas (SNG) kann durch eine Teilmethanisierung eine Vereinfachung der Prozesskette erreicht werden und eine Wirtschaftlichkeit derartiger Systeme früher dargestellt werden, was einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des fossilen CO2-Ausstoßes leisten würde. Außerdem wird es durch die Einführung der CO2-Steuer ab 2021 für Unternehmen ein wirtschaftlicher Faktor, zeitnah auf fossile Energieträger zu verzichten und neuartige, klimafreundliche Konzepte anzuwenden
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Intelligente MR-Diagnostik der Leber durch Verknüpfung modell- und datengetriebener Verfahren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 3. August 2020 - 31. März 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Magnetresonanz (MR) - Aufnahmen der Leber werden im Klinikalltag täglich vielfach durchgeführt, um Krankheitsbilder, z.B. Zysten oder Tumore, zu diagnostizieren. Aus den Rohdaten des MR-Tomographen werden hierzu mit Hilfe mathematischer Methoden zunächst Bilder des Körperinneren rekonstruiert. Ein Radiologe stellt anschließend durch Sichtprüfung die Diagnose bzw. ordnet weitere Untersuchungen an. Die Aufzeichnung der Rohdaten, die Bildrekonstruktion mittels klassischer, modellbasierter Verfahren sowie die manuelle Diagnostik sind hierbei sehr zeitaufwändig. Für den Patienten bedeutet dies lange Wartezeiten - für Krankenhäuser und Krankenkassen hohe Kosten. Dies könnte durch den Einsatz datengetriebener Methoden erheblich verbessert werden. Hierbei lernen neuronale Netze Muster und Gesetzmäßigkeiten aus bereitgestellten Trainingsdaten und können am Ende der Lernphase auch unbekannte Daten in annähernd Echtzeit beurteilen.
Vor einem klinischen Einsatz müssen diese allerdings hinsichtlich ihrer diagnostischen Relevanz umfassend validiert werden. Dieses Projekt untersucht die weitere Entwicklung und den Einsatz solcher Methoden zur MR-Bildrekonstruktion sowie zur Klassifizierung von Leberläsionen. Ausgehend von einem Vergleich modell- und datengetriebener Verfahren zur Bildrekonstruktion sollen diese systematisch verknüpft werden, um eine hohe Beschleunigung ohne Abstriche hinsichtlich der diagnostischen Aussagekraft zu ermöglichen. Neben dem Design geeigneter Netzwerke soll dabei auch erforscht werden, ob Metadaten (z.B. Alter des Patienten) gewinnbringend in die Rekonstruktion eingebracht werden können. Des Weiteren sollen geeignete Klassifizierungsalgorithmen auf Bildbasis entwickelt sowie das Potenzial einer direkten Klassifizierung auf den Rohdaten ausgelotet werden. Langfristig kann eine intelligente MR-Diagnostik die Nutzungseffizienz der MR-Hardware deutlich steigern, eine bessere Patientenversorgung garantieren sowie neue Impulse in der Medizintechnik setzen.
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Thermische Umrichtermodellierung für elektrische Antriebssysteme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2020 - 31. Juli 2023
Mittelgeber: Industrie -
Entwicklung eines mobilen Sensorsystems zur Erfassung und Rückmeldung von Laufmündungsbewegungen beim Trockentraining im Biathlon
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2020 - 30. April 2021
Mittelgeber: Bundesministerium des InnerenDie komplexe Biathlonleistung setzt sich aus den Komponenten Laufgeschwindigkeit, Schießstandaufenthalt (Schießstand- und Schießzeit) sowie dem Schießergebnis zusammen. Wettkampfanalysen der letzten Jahre zeigen, dass sich die für eine Podiumsplatzierung notwendige Trefferquote kontinuierlich erhöht. Bei den Olympischen Winterspielen 2014 und 2018 lagen alle Podiumsplatzierten bei Trefferquoten von über 95 %. Dieser Trend hält unvermindert an. Die Schießleistung der deutschen Athleten im Hochleistungs- und Anschlusstraining zeigt in diesem Vergleich allerdings deutliche Reserven, insbesondere was die Konstanz des Biathlonschießens bei Wettkämpfen zum Saisonhöhepunkt angeht.
Im Rahmen dieses Projekts soll deswegen ein mobiles und preislich erschwingliches Sensorsystems zur Erfassung von Laufmündungsbewegungen entwickelt werden. Dadurch könnte zukünftig alle Biathleten im Leistungssport-system des DSV von einer technischen Unterstützung beim Trockentraining profitieren. Das Messsystem soll aus einer inertialen Messeinheit (IMU), und einer Smartphone-App bestehen. Die IMU wird durch eine spezielle Halterung während des Trainings am Gewehrlauf angebracht und misst die Bewegung der Laufmündung. Im Verlauf des Trainings werden die dabei erhobenen Daten, kabellos und in Echtzeit an das Smartphone übertragen und dort ausgewertet.
Das System soll dabei sowohl direkt beim Üben ein Feedback des aktuellen Handlungsvollzugs als auch am Ende des Trainings ein Feedback zur Laufmündungsstabilität im Zeitraum kurz vor Schussauslösung liefern. Diese Werte sollen sich dabei nicht nur im Trockentraining erfassen lassen, sondern auch im Trainings- und Wettkampfbetrieb, um einen Vergleich zwischen den Werten im Trockentraining und der komplexen Biathlonleistung anstellen zu können. Durch die Analyse der Werte im Längsschnitt lassen sich damit individuelle Trainingseffekte erkennen und entsprechend Trainingsempfehlungen ableiten.
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Edge Devices - Fit4ML
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2020 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: IndustrieDer technologische Fortschritt von Sensoren und deren umfangreicher Einsatz in Produktionssystemen kann für vielfältige Analyseaufgaben (z. B. vorausschauende Instandhaltung) genutzt werden. Hierbei haben in den letzten Jahren insbesondere Methoden des maschinellen Lernens (ML) zur Analyse an Bedeutung gewonnen. Die ML-basierte Verarbeitung der in Produktionsprozessen gewonnenen enormen Datenmengen wird durch die ebenfalls gestiegene Rechenleistung moderner Computersysteme (z. B. in der Cloud) ermöglicht. Häufig ist es allerdings notwendig oder wünschenswert die Daten möglichst nah an den Sensoren (teilweise) zu verarbeiten. Gründe können Bandbreitenbeschränkungen, Latenz- oder Sicherheitsanforderungen sein. Im Vergleich zu Cloud-basierten Lösungen ist der Speicherbedarf und die Rechenleistung an der „Edge“ allerdings immer noch sehr begrenzt.
Daher werden im Rahmen dieses vom Schaeffler Hub for Advanced Research at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (SHARE at FAU) geförderten Projekts FPGA-basierte SoCs betrachtet, welche die notwendige Flexibilität und Rechenleistung bieten können. Hierbei wird ein integrierter Hardware-/Software-Entwurf zur optimierten Nutzung der verfügbaren Rechenressourcen entwickelt. Des Weiteren wird untersucht, wie berechnungsintensive Teile von Algorithmen durch Hardware-Implementierungen beschleunigt werden können.
Projektziele sind a) ein Entwurfsfluss für FPGA/SoC-Systeme für ML-Methoden für relevante Probleme der vorausschauenden Instandhaltung (d. h. Anomalie-Erkennung), b) die Bewertung im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen und c) eine Machbarkeitsstudie (Aufbau eines Demonstrators).
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Echtzeituntersuchung des Elektronenstrahlschmelzens von Metallen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2024
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Kopplungseffekte in wieder-programmierbaren Mikro-Materialien
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 2206 - Cooperative Multistage Multistable Microactuator Systems (KOMMMA)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: https://www.spp-kommma.de/89.phpProgrammierbare Materialien (PM) sind ein neues, im Entstehen begriffenes Forschungsgebiet, das auf selbstfaltendem Origami basiert. Origami beschreibt eine Vielzahl von Technologien, mit denen ebene Folien durch wiederholtes Falten in dreidimensionale (3D) Strukturen überführt werden können. Dieser Ansatz wird schon erfolgreich in vielen Bereichen der Ingenieurswissenschaften eingesetzt, z. B. für die Montage und in der Robotik. Im Prinzip kann mit diesem Ansatz jede dreidimensionale Form alleine durch Falten entstehen. Die grundlegende Idee ist hierbei, dass sich PM bei Bedarf selbst reversibel in die unterschiedlichsten Formen umwandelt und so eine Vielzahl von Aufgaben erfüllen kann. Das ursprünglich, planare System besteht aus miteinander verbundenen Kacheln, die sich mithilfe von integrierten Biegeaktoren und magnetischen Verriegelungsmechanismen autonom in die vorgegebene Form bringen. Hierdurch können unterschiedlichste 3D Geometrien realisiert werden, die eine Vielzahl von Funktionen erlauben. Aktuelle Demonstratoren verwenden Biegeaktoren aus dünnen Nitinol-Folien, die das System jedoch nur zusammenfalten können, da sie den Einweg-Formgedächtniseffekt verwenden. Das für die Wiederverwendung notwendige Auseinanderfalten in die flache Form muss deshalb noch manuell erfolgen. Dieses Konzept wurde bisher nur auf der makroskopischen Längenskala demonstriert und somit limitiert die bisherigen Technologien die Größe der Kacheln auf mehrere Millimeter. In diesem Projekt übertragen wir dieses Aktorkonzept auf die Mikrotechnolgie indem wir neueste Methoden der integrierten Mikrosystemtechnik, multifunktionale Schichten und gekoppelte Simulationsverfahren kombinieren. Da ein manuelles Auseinanderfalten auf der Mikroskala nicht möglich ist, führen wir kooperative bi-direktionale Aktoren ein, die große Biegewinkel von bis zu 180° ermöglichen. Darüber hinaus werden wir einen multistabilen, magnetischen Mechanismus einführen, der sowohl Verriegelung als auch Entriegelung auf der Mikrometerskala erlaubt. Die Kooperation dieser Komponenten ist erforderlich damit sich dieses Mikroaktorsystem autonom und reversibel zwischen unterschiedlichsten 3D Formen umwandeln kann. Daher zielt dieses Projekt auf die kontrollierte Kopplung der Aktor-Komponenten in mikro-PM um ein mehrstufiges multistabiles Falten zu erreichen. Dieses neue Konzept von wieder-programmierbaren Mikro-Materialien erlaubt somit sowohl die Bildung und mehrstufige Anpassung seiner 3D Form auf verschiedenen Längenskalen, als auch seine Wiederverwendung durch aktives Entfalten. Um viele Kacheln herzustellen und eine hohe Integrationsdichte zu realisieren, verfolgen wir eine monolithische Herstellungsroute. Die Entwicklung geeigneter Methoden und Verfahren zur Herstellung von wieder-programmierbaren Mikro-Materialien erfordert einen interdisziplinären Ansatz. Deshalb kombiniert dieses Projekt die Expertise zu funktionalen Schichten (S. Fähler), Mikrosystemtechnologie (M. Kohl) und Systemsimulationen (F. Wendler).
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Regelung des Antriebsstrangs beim Kaltwalzen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 31. August 2023
Mittelgeber: Industrie -
Wälzlagertoleranzen II - FVA736II
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2020 - 30. November 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Mithilfe der Tolerierung sollen technologisch unvermeidbare geometrische Bauteilabweichungen so eingeschränkt werden, dass die Anforderungen an die Montierbarkeit, Funktionalität und Qualität der Produkte erfüllt werden können. Dabei hat das Toleranzmanagement aufgrund der hohen Kostenverantwortung eine enorme wirtschaftliche Relevanz. Zwar existieren Computer Aided Tolerancing (CAT) Softwarewerkzeuge, welche Konstrukteure bei der Bauteiltolerierung unterstützen. Diese Hilfsmittel erfordern für ihren gewinnbringenden Einsatz aber häufig eine zeit- und kostenintensive Ausbildung. Gängige CAT-Anwendungen sind zudem nicht geeignet, die komplexen Wirkzusammenhänge in Wälzlagersystemen abzubilden.
Eine funktionsgerechte Auslegung von Wälzlagersystemen ist eine Grundvoraussetzung für die Zuverlässigkeit und Sicherheit technischer Systeme und trägt entscheidend zur Prognostizierbarkeit des Systemverhaltens bei. Ein wichtiger Aspekt bei der Auslegung von Wälzlagersystemen ist die Auswahl der Toleranz- und Lagerluftklasse des Lagers sowie die Tolerierung der Umgebungsbauteile. Für diese Aufgaben existieren zwar bereits einige Gestaltungsrichtlinien, diese haben sich jedoch trotz des technologischen Fortschritts seit mehreren Dekaden kaum verändert. Zudem ist teilweise nicht mehr bekannt, auf welcher Basis diese Gestaltungsrichtlinien erarbeitet wurden. Des Weiteren werden auch bei ihnen die komplexen Wirkzusammenhänge in Lagersystemen in der Regel nur stark vereinfacht abgebildet.Im vorliegenden Forschungsvorhaben wird eine einfach anzuwendende Methodik entwickelt, die sowohl die Komplexität der Wirkzusammenhänge in Wälzlagersystemen als auch die enormen Gestaltungsfreiheiten bei der Tolerierung von Wälzlagersystemen berücksichtigt.
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Digitale Forensik: KfZ-Kennzeichen mittels Superresolution und Künstlicher Intelligenz erkennen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Koalgebraische Modellprüfung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2023
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Kompressionszündung regenerativer Kraftstoffe
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Injection, mixing, and autoignition of e-fuels for CI engines
Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)One part of sustainable future mobility will be e-fuels synthesized using regenerative energy. They provide chemical energy storage and are an important step on the way to controlled, clean, and efficient combustion. However, to convert them back into mechanical power, their physical-chemical behavior in the internal combustion engine needs to be understood and condensed into simulation tools for design. At the same time, certain classes of e-fuels promise to be much more conducive to clean and efficient engine combustion. The target of this project are oxygenated e-fuels for compression-ignition engines.
The project goal is to acquire a better understanding of the spray atomization and ignition of oxygenated e-fuels. Starting from a reference fuel that represents current diesel fuels, the proposed project will focus on oxygenated e-fuels and derived blends. With an array of experimental techniques, the species distribution and temperature field in free jets will be measured quantitatively. CFD simulations and chemical mechanism reduction are used to complement the experimental results. Experiments and simulation in an optically accessible engine then are used to tranfer these transfer to the much more complex boundary conditions of a running engine. Each project partner will perform experiments with the same injectors and boundary conditions, and will first use simple optical techniques to make sure that indeed the spray behaves as in the other laboratories. Based on this common experiment, each partner then contributes additional physical insight with the advanced optical diagnostics or simulation that are the specialty expertise of that research group (e.g., laser-induced fluorescence, Rayleigh and Raman scattering), such that a very complete picture of spray, mixing, and ignition can be assembled.
The research network consists of institutes with a expertise in combustion research using optical diagnostics and multidimensional simulations. The Institute of Engineering Thermodynamics at Friedrich-Alexander University (FAU/GER), the Combustion Research Facility at Sandia National Laboratories (SANDIA/USA), and the Institute for Combustion and Gas Dynamics at the University of Duisburg-Essen (UDE/GER) all will measure the temperature and species distribution in the fuel jet, but each with different optical methods to minimize overall experimental uncertainties. They will also image several indicators of cold-stage and hot-stage ignition. The Department of Mechanical Engineering at Shanghai Jiao Tong University (SJTU/CHN) will derive chemical kinetic models as an input for simulations at the Institute of Powertrains and Automotive Technology at Vienna University of Technology (TUW/AUT). Their CFD simulation will be validated against the experiment, but will also provide additional information that is not accessible by experiments. The project will be guided by an advisory board from industry with representatives from both SMEs and larger companies.
The main expected result is the promotion of innovations in the field of renewable-energy storage. Such innovations will create additional demand in chemical process engineering, catalysis, and process equipment for synthetic fuel design and production. The experimental and numerical methods developed in the proposed research project will help the R&D in high-tech companies specialized in measurement technologies, optical systems, and simulation of reactive flows. In these areas, major developments and market contributions are provided by small and medium size enterprises (SME). -
Untersuchungen zum Einsatz von Gashydraten als innovatives Triebmittel für Backwaren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 31. Oktober 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Verfahren für die Herstellung ausgewählter Backwaren unter Nutzung von Gashydrat als Triebmittel zu entwickeln. Dabei sollen auch Vorteile gegenüber traditionellen Triebmitteln untersucht werden. Der Wegfall der durch die Hefegärung gebildeten Aromastoffe soll durch alternative Ge-schmacksträger (getrocknete Sauerteige, Gewürze) substituiert werden. Energieeinsparungen im Vergleich zum Hefetrieb sollen über eine Gesamtprozesssimulation dargestellt und die Aufrechterhaltung der sensori-schen Produktqualität durch regelmäßige Sensorikpanels überprüft werden.
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Optimierung der Aufbereitung von Mehlkäferlarven (Tenebrio molitor) und daraus resultierender Produkte durch eine automatisierte Prozessführung auf Basis eines nichtinvasiven Nahinfrarot-Messsystems
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 31. Oktober 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
UHCT - Elektronik und Hochspannung: Ein revolutionärer, ultraleichter Kopf-CT-Scanner für den Einsatz in mobilen Rettungseinheiten und Krankenhäusern
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. April 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018) -
Entwicklung eines Leitfadens zur dreidimensionalen zerstörungsfreien Erfassung von Manuskripten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Mai 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/433501541?context=projekt&task=showDetail&id=433501541& -
Signaldetektion und -klassifizierung im Funkfrequenzspektrum durch Mustererkennung und künstliche Intelligenz, wobei der Fokus auf der Entwicklung und Bewertung von Algorithmen mit überwachtem und unüberwachtem Lernen liegt.
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Signaldetektion und -klassifizierung im Funkfrequenzspektrum durch Mustererkennung und künstliche Intelligenz;
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 28. Februar 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Verbesserte Dual Energy Bildgebung mittels Maschinellem Lernen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Europäische Union (EU)The project aims to develop novel and innovative methods to improve visualisation and use of dual energy CT (DECT) images. Compared to conventional single energy CT (SECT) scans, DECT contains a significant amount of additional quantitative information that enables tissue characterization far beyond what is possible with SECT, including material decomposition for quantification and labelling of specific materials within tissues, creation of reconstructions at different predicted energy levels, and quantitative spectral tissue characterization for tissue analysis. However, despite the many potential advantages of DECT, applications remain limited and in specizlized clinical settings. Some reasons are that many applications are specific for the organ under investigation, require additional, manual processing or calibration, and not easily manipulated using standard interactive contrast visualisation windows available in clinical viewing stations. This is a significant disadvantage compared to conventional SECT.
In this project, we propose to develop new strategies to fuse and display the additional DECT information on a single contrast scale such that it can be visualised with the same interactive tools that radiologists are used to in their clinical routine. We will investigate non-linear manifold learning techniques like Laplacian Eigenmaps and the Sammon Mapping. Both allow extension using AI-based techniques like the newly developed user loss that allows to integrate user's opinions using forced choice experiments. This will allow a novel image contrast that will be compatible with interactive window and level functions that are rourintely used by radiologists. Furthermore, we aim at additional developments that will use deep neural networks to approximate the non-linear mapping function and to generate reconstructions that capture and display tissue specific spectral characteristics in a readily and universally useable manner for enhancing diagnostic value. -
Metrologie und Messdatenverarbeitung für die geometrische Produktverifikation im Rahmen eines ganzheitlichen Toleranzmanagements
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
Laufzeit: 1. April 2020 - 1. April 2023
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR) -
Stärkung der informatischen Grundbildung für das Lehramt an Mittelschulen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) (seit 2018) -
Entwicklung eines innovativen rheologischen Sensors, sowie Entwicklung von Strömungsmodellen zur Simulation der Prozesse während des Knetens
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 31. Juli 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die Teigbildungsphase ist durch verschiedene Strukturierungs- und Bindungsprozesse gekennzeichnet. Rheologische Messungen werden zur Bestimmung der Materialeigenschaften, sowie zur Prozesssimulation in der Backtechnologie genutzt. Durch eine Vielzahl an Einflussfaktoren sind diverse Messungen notwendig, um eine vollständige Prozessabbildung zu erreichen. Es besteht ein erheblicher Marktbedarf nach gleichbleibenden, qualitativ hochwertigen Produkten. Durch die natürlichen Schwankungen innerhalb einer Getreidecharge, sowie der nachfolgenden Mehlverarbeitung können sich Differenzen in der Verarbeitung ergeben, die mit Hilfe des geplanten Sensorsystems analysiert werden können. Ziel dieses Projekts sind Messungen derTeigviskosität während des Knetens, sowie eine kamerabasierte Überwachung um die Glanz- und Blasenbildung des Teiges kontinuierlich zu überwachen und ggf. die Parameter zu variieren um homogene Produkte zu erhalten.
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Molekulare Charakterisierung der Remission von Arthritis
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)MASCARA zielt auf eine detaillierte, molekulare Charakterisierung der Remission bei Arthritis ab. Das Projekt basiert auf der kombinierten klinischen und technischen Erfahrung von Rheumatologen, Radiologen, Medizinphysikern, Nuklearmedizinern, Gastroenterologen, grundlagenwissenschaftlichen Biologen und Informatikern und verbindet fünf akademische Fachzentren in Deutschland. Das Projekt adressiert 1) den Umstand der zunehmenden Zahl von Arthritis Patienten in Remission, 2) die Herausforderungen, eine effektive Unterdrückung der Entzündung von einer Heilung zu unterscheiden und 3) das begrenzte Wissen über die Gewebeveränderungen in den Gelenken von Patienten mit Arthritis. MASCARA wird auf der Grundlage vorläufiger Daten vier wichtige mechanistische Bereiche (immunstoffwechselbedingte Veränderungen, mesenchymale Gewebereaktionen, residente Immunzellen und Schutzfunktion des Darms) untersuchen, die gemeinsam den molekularen Zustand der Remission bestimmen. Das Projekt zielt auf die Sammlung von Synovialbiopsien und die anschließende Gewebeanalyse bei Patienten mit aktiver Arthritis und Patienten in Remission ab. Die Gewebeanalysen umfassen (Einzelzell)-mRNA-Sequenzierung, Massenzytometrie sowie die Messung von Immunmetaboliten und werden durch molekulare Bildgebungsverfahren wie CEST-MRT und FAPI-PET ergänzt. Sämtliche Daten, die in dem Vorhaben generiert werden, werden in einem bereits bestehenden Datenbanksystem mit den Daten der anderen Partner zusammengeführt und gespeichert. Das Zusammenführen der Daten soll – mit Hilfe von maschinellem Lernen – krankheitsspezifische und mit der Krankheitsaktivität verbundene Mustermatrizen identifizieren.
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Entwicklung des trennmittelfreien Aluminium-Druckgusses durch hochbeständige Diamant-Beschichtung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 31. Juli 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Der Aluminiumdruckguss ist ein effizientes und sehr weitverbreitetes Verarbeitungsverfahren. Allerdings tritt bei der Herstellung undBearbeitung von Aluminiumbauteilen ein großes Problem auf. Aluminium verbindetbzw. legiert sich bei erhöhten Temperaturen bzw. in der Schmelze mit nahezuallen Metallen. So kommt es beim Gießen von Aluminiumbauteilen häufig zuWerkzeugversagen (Ausspülungen, Risse), da die Aluminiumschmelze mit dem Eisender Stahlform bzw. mit darauf aufgebrachten Schutzschichten reagiert und dieseaus der Werkzeugoberfläche herauslöst. Um eine Verbindung zwischen mit derDruckgussform zu verhindern, ist der Einsatz von Trennmitteln notwendig. DieseTrennmittel sind aktuell technisch notwendig, bringen jedoch eine Reihe vonNachteilen mit sich.
Ein neuer vielversprechender Ansatz sind kristallineCVD-Diamantschichten. Diese können das Problem der Aluminiumadhäsion potentielllösen, da Aluminium selbst bei hohen Temperaturen im Bereich bis 700°C nichtmit dem im Diamantgitter gebundenen Kohlenstoff reagiert. In Vorversuchen derFAU konnte gezeigt werden, dass an dieser Beschichtung kein flüssiges Aluminiumanhaftet. Eine Entwicklung eines Beschichtungssystems für den Aluminium-Druckgussmit einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturbelastungen von bis zu 700°C und Drücken bis 1000 bar wurde bisher noch nicht verfolgt, dazu sind nochzahlreiche Fragestellungen zu lösen. Daher soll in diesem Projekt einDiamant-beschichteter Aluminium-Druckguss Werkzeugeinsatz entwickelt werden,welcher ohne den Einsatz von Trennmitteln betrieben werden kann und eine hoheStandzeit aufweist.
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Heterogene Fahrzeugnetzwerke zur Datenübertragung im Feld
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
Mittelgeber: andere FörderorganisationFahrzeuge werden mehr und mehr zur mobilen Datenplattform. Neben der Mobilität als Hauptaufgabe nimmt der Anspruch an Unterhaltung, Konnektivität und aktueller Software im Fahrzeug deutlich zu. Neben der Datenaktualisierung in der Werkstatt wird bereits heute ein Mobilfunkmodul im Fahrzeug verbaut, über das Kartenupdates, Verkehrsinformationen und Entertainmentanwendungen betrieben werden. Der Mobilfunk hängt allerdings stark von der vorhandenen Netzinfrastruktur ab und kann in einigen Bereichen ausfallen. Zudem muss dem Netzbetreiber für die Verwendung ein meist datenvolumenabhängiges Entgelt entrichtet werden. In diesem Projekt sollen daher weitere Technologien evaluiert werden, um auch in Zukunft effektive Kommunikation zu ermöglichen. Potenzial bieten hier öffentlich verfügbare WLAN Hotspots, die auch im Straßenbereich zur Verfügung stehen und zumeist kosteneffektiv genutzt werden können. Zudem benötigen die Fahrzeuge ähnliche Informationen, da beispielsweise ein Kartenupdate auf viele Fahrzeuge im Feld gebracht werden soll. Daher bietet sich auch die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen in 5G als Möglichkeit, Informationen im Feld auszutauschen und die Verwendung des Mobilfunknetzes zu reduzieren. Ziel ist es die Kombination verschiedener Technologien zu einem komplexen heterogenen Fahrzeugnetz zu testen und die Verwendbarkeit opportunistischer Netze zu evaluieren. Dabei sollen Vorschläge für zukünftige Standardisierungen erarbeitet werden. Aus wissenschaftlicher Sicht sind geeignete Koordinations- und Routingmechanismen notwendig, da die Verbindungszeiten im Feld sehr gering ausfallen, Fahrzeuge als Zwischenspeicher und Quelle fungieren und eine effektive Nutzung der Übertragungswege relevant ist. -
Kerbwalzen und Wechselbiegen - Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von Fließgut mit geringem Aspektverhältnis ausgehend von Bandmaterial
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Federated Machine Learning for Patient-Centered Electronic Health Records
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2020 - 30. September 2022
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/federated-machine-learning-for-patient-centered-electronic-health-records/Electronic health records (EHR) are commonly institution-specific, provided by hospitals, insurance companies, or other institutions to fulfill their own objectives, thus, causing stored health information to be isolated, fragmented and duplicated across providers. Consequently, patients may lack complete access to their medical histories. As a solution, countries such as Denmark and Israel have long adopted nationwide EHR for their health care systemsa, in which the health information is well managed and digitally connected to avoid duplicate records and improve the quality and co-effectiveness of medical care as well as patient safety. In Germany, the “Appointment Service and Supply Act” adopted on 14th March 2019, requires the German statutory health insurance to provide EHR for all insured persons from 1st January 2021 onwardsb. As specified by German Health Care Information Technology Infrastructure in accordance with section 291a SGB V, the new EHR should store complete medical histories of patients such as previous diagnoses, therapeutic decisions, treatment reports and self-measurement values. Among other benefits, patients should have power to select freely between providers, hold data sovereignty for their EHR, and withdraw access rights at any time.
In line with those guidelines, OnePatientc is a patient-centered EHR system that stores data locally under the sovereignty of individual device owners, thereby enabling patients to take control of their health information, provide offline access to medical data, ensure privacy management and to avoid a single point of failure. The OnePatient EHR system can be provisioned on any of the patients’ devices; therefore, patients technically own their medical data while the device and software manage it. On the one hand, these developments simplify the technical and organizational challenges to implement data regulations such as the General Data Protection Regulation (GDPR) of the European Union. On the other hand, the data will not only be in isolated, heterogeneous and distributed environments but also pose a new challenge to the conventional data transaction procedures employed in machine learning (ML) today [4]. The traditional procedures for acquiring big data in ML involve several parties from collecting the data, transferring it to a central data repository and fusing it to build a model, whereas the data owners may be unclear about these procedures and the model future use cases, for that reason, may violate laws such as GDPR.
Therefore, to address these challenges, federated learning (FL) approaches can be leveraged to build ML models that can be sent to train locally–where the data is located. In this manner, only the model updates that contain anonymous results which cannot be reverse-engineered are returned to the central data repository. Leveraging FL and the account of the FL existing studies [1; 2; 3], although not focusing on the emerging EHR systems’ architecture like OnePatient, we aim to attain four objectives. The first is to investigate and design novel FL frameworks that enable local systems to collaboratively train a ML model that patients can benefit from without divulging their medical information to a central entity; moreover, medical practitioners will be able to access the training process of the FL frameworks to adjust the diagnostic criteria of the model, and therefore increase trust and accuracy of the model outcome. Secondly, we aim to investigate and compare the accuracy and performance of the model trained in a centralized way and the FL frameworks that will be proposed. Thirdly, to protect the data during training from potentially malicious models and participants, we aim to use countermeasures such as differential privacy and multi-party computation to ensure privacy guarantees. Finally, for proof of concept, we aim to demonstrate the effectiveness of FL frameworks using existing databases and suitable ML tasks with the data.
1. Brisimi, T. S., Chen, R., Mela, T., Olshevsky, A., Paschalidis, I. C., & Shi, W. Federated learning of predictive models from federated electronic health records. Int.J.Med.Inf. 2018; 112: 59-67.
2. Roy, A. G., Siddiqui, S., Pölsterl, S., Navab, N., & Wachinger, C. Braintorrent: A peer-to-peer environment for decentralized federated learning. arXiv preprint arXiv:1905.06731 2019;
3. Xu, J., & Wang, F. Federated learning for healthcare informatics. arXiv preprint arXiv:1911.06270 2019;
4. Yang, Q., Liu, Y., Chen, T., & Tong, Y. Federated machine learning: Concept and applications. ACM Transactions on Intelligent Systems and Technology (TIST) 2019; 10: 1-19.
a. https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/en/article/news/ehr-and-phr-digital-records-in-the-german-healthcare-system
b. https://www.gematik.de/anwendungen/e-patientenakte/#
c. https://refinio.net/software.html -
FAU Delegation an die Queenslan University of Technology (QUT) zum Aufbau einer nachhaltigen Partnerschaft im Bereich öffentlicher Gesundheit und Gesundheitstechnologien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. März 2020 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
Smarte Sensorik in der Schwangerschaft - Ein integratives Konzept zur digitalen, präventiven Versorgung schwangerer Frauen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2020 - 31. August 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Gesundheit (BMG) -
Simulation der Strömungsverhältnisse im miniaturisierten Wärmetauscher durch thermodynamische Berechnungen sowie Entwicklung eines Kennfelds der adaptiven Betriebscharakteristik u. von Geometrien zu Nutzung turbulenter Strömungen zur Wärmeübertragung; CompactStream: Entwicklung eines Be- und Entlüftungsgerätes mit miniaturisiertem, rekuperativen Kunststoff-Wärmetauscher mit antimikrobieller, ice-phober Beschichtung, integriertem Elektrofilter zur Feinstaubfilterung und skalierbarem Luftstrom
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2020 - 31. Oktober 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Heisenberg-Förderung / Verlängerung - 2. Phase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Forschungskostenzuschuss zum Capes-Humboldt-Forschungsstipendium für Postdoktoranden (Dr. Araujo dos Santos)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: Alexander von Humboldt-Stiftung -
Grenzflächen-dominiertes Ermündungsverhalten dünner Schichten (D-A-C-H)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2023
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Entwicklung von Simulationsmodellen mit einphasiger Strömung zur Vorhersage der Strömungsverhältnisse, Parametrisierung und Sensivitätsanalyse, Simulative Entwicklung von Luftführungen sowie möglichen steuerbaren Elementen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: aLuVe: Innovativer, aktiv steuerbarer Luftverteiler mit adaptiver strömungstechnischer Steuerung für Sprühtrocknungsanlagen zur Diversifizierung des möglichen Produktspektrums und der anlagentechnisch optimierten Trocknung von Lebensmitteln
Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. März 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Entwicklung eines neuartigen Grundwassersanierungsverfahrens zur Beseitigung niedrig konzentrierter perfluorierter Tenside und ihrer Präkursoren mittels Behandlung durch Adsorption und nichtthermischem Plasma
Delgado(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Das Projekt zielt auf eine neuartige Wassersanierungsmethode zur Beseitigung perfluorierter Tenside (PFT) aus Grund- und Abwasser mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad als bisher erreichbar. PFT sind Organofluorverbindungen, die aufgrund ihrer Bioakkumulation und schlechten Abbaubarkeit in der Umwelt sowie wegen ihrer negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit bedenklich sind. In der Öffentlichkeit wurde man zunehmend auf PFT aufmerksam, daher bietet eine geeignete Wassersanierungsmethode einzigartige Marktchancen.
Die Möglichkeiten zur Beseitigung von PFT aus kontaminierten Gewässern sind aufgrund ihrer extremen chemischen Stabilität begrenzt. Die Hauptbehandlungsmethode ist die Adsorption mittels Aktivkohle, was aber mit hohen Betriebskosten verbunden ist. Die vorgeschlagene Methode besteht aus einer nicht-thermischen atmosphärischen Plasmabehandlung, bei der der Hauptanteil an PFT zersetzt wird, sowie der Adsorption durch Ionenaustauscher, bei der der Restanteil an PFT adsorbiert wird. Hierbei dienen numerische und experimentelle Untersuchungen sowie Dauertests an einem Testfeld zur Verifikation und Charakterisierung des neuartigen Wassersanierungskonzepts. -
Ubertragungsfunktionsbasierte Modelle für Molekulare Kommunikationssysteme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2023
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Optikdesign und Implementierung der Kombination aus hyperspektraler und topographischer Bildgebung
Schmidt(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Kombiniertes hyperspektrales Kamerasystem und topographisches Messsystem zur Vermessung archäologischer, forensischer und geologischer Objekte
Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Modellierung der Aggregation und Selbstorganisation von Einzelpartikeln in optimale Strukturen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Modellierung und die Simulation des Übergangs von Einzelpartikeln zu größeren Anordnungen und Aggregaten. Wir simulieren Zehntausende bis zu Millionen Nanopartikeln mit implizitem Lösungsmittel. Das erste Ziel ist die Vorhersage und Optimierung von Partikelanordnungen für Strukturfarbenpigmente und dünne Filme. Das zweite Ziel ist das Verständnis individueller und kollektiver Aggregationsprozesse während der Bildung von Netzwerken, um die Herstellung poröser Matrizen zu beschreiben. Das Projekt verbindet die Synthese kolloidaler Nanoteilchen mit den daraus hergestellten Materialien. Es unterstützt zudem die Materialcharakterisierung und Materialoptimierung. -
Informationsinfrastruktur
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB) -
Integriertes Graduiertenkolleg
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Integriertes Graduiertenkolleg (SFB / GRK) -
Erprobung eines heat pipe gekühlten Reaktors für die Direktmethanisierung von Biogas
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) -
Erprobung eines Heat-Pipe gekühlten Reaktors für die Direktmethanisierung von Biogas
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Direktmethanisierung zur Flexibilisierung kleiner und mittlerer Biogasanlagen
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/bmel-projekt-flexbiomethane/Das Projekt soll die Umsetzung eines ersten „Proof-of-Concepts“ zur katalytischen Direktmethanisierung von Biogas mit Direktdampferzeugung und Direktbeheizung des Fermenters vorbereiten, um eine vielversprechende Option zur einfachen Nachrüstung und Flexibilisierung der ca. 9.000 bundesdeutschen Bestandsanlagen zu erproben. Ziele des beantragten Projektes sind entsprechend:
- Integrierte Anlagenkonzepte für kleine und mittlere Anlagen
- Entwicklung Methanisierungsreaktor mit integrierter Direktverdampfung
- Direktbeheizung des Fermenters mit Dampf und heißem Produktgas aus dem Methanisierungsreaktor
- Dauertest des Methanisierungsreaktors mit realem Biogas,
um nach einer wirtschaftlichen Evaluierung ein weiterführendes Demonstrationsprojekt an einer realen Biogasanlage vorzubereiten.
Die Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) entwickelt, fertigt und betreibt im Rahmen dieses Projektes einen heatpipe gekühlten Methanisierungsreaktor. Dieser wird nach einer umfangreichen experimentellen Charakterisierung mit synthetischen Gasgemischen im Labor der FAU anschließen nach Ingolstadt transportiert und dort im Labor der Technischen Hochschule Ingolstadt an einen Fermenter gekoppelt. Diese Kopplung demonstriert die Direktmethanisierung von realem Biogas. Die freiwerdende Reaktionswärme wird mittels einem Sattdampferzeuger zur Dampfproduktion verwendet.
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Effizienzsteigerung kunststoffabbauender Enzyme durch gezielte Veränderung relevanter Protein-Strukturelemente
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Stiftungen -
Angewandte Modelle des maschinellen Lernens für die Bewegungsanalyse im Gesund-heitswesen und Sport
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. August 2020
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
IntenseMethane: Prozessoptimierung mit Perkolat in einem Labor-Rieselbettfermenter
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Prozessintensivierung und –flexibilisierung einer mit Bioabfall betriebenen Trockenfermentationsanlage durch die biologische Methanisierung von wasserstoffreichen Synthesegasen
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Im BMWi-Projekt IntenseMethane wird die Kopplungsmöglichkeit zur Kopplung eines Vergasers an eine Trockenfermentationsanlage für organische Abfälle untersucht, um so Methan aus Biomasse zu gewinnen. -
Elektromechanisch gekoppelte Balkenmodelle for dielektrische Elastomerstapelaktoren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Stacked dielectric elastomer actuators bear analogy to the behaviour of human muscles in terms of contracting in length direction when stimulated. They are suitable for point-by-point application of a force. Therefore, dielectric elastomers allow for a sophisticated, efficient and noiseless actuation of systems. However, the use of elastic actuators is also accompanied by new control challenges. As the computational cost for solving optimal control problems is significantly affected by the number of model degrees of freedom, reduced and problem specific actuator models are superior to general but cost-intensive finite element models.
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Zuverlässigkeitsbewertung für Multi-Sensorsysteme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: andere FörderorganisationZukünftige Fahrfunktionen benötigen Multi-Sensorsysteme, deren Zuverlässigkeit durch Methoden der Sensordatenfusion (Aggregation, Filterung, Mehrheitsentscheidung und weitere Mechanismen zur Fehlervermeidung) gesteigert werden müssen. Dadurch treten Fehler sehr selten auf, es existieren jedoch Abhängigkeiten der Fehler von aufeinanderfolgenden Sensorwerten („Fehlerbursts“) und auch Abweichungen zwischen Sensoren (z.B. bei schlechten Umgebungsbedingungen).
Für eine Auslegung hinsichtlich der Sicherheit müssen Fehlerwahrscheinlichkeiten von Multi-Sensorsystemen bestimmt werden. Sowohl ein bestehendes analytisches Modell basierend auf Markov-Ketten als auch ein Simulationsmodell für Multi-Sensorsysteme ausgebaut werden, um die zu bestimmen.
In diesem Projekt soll auf den Vorarbeiten des INI.FAU-Projekts aufgebaut werden und sowohl das bestehende analytische Modell basierend auf Markov-Ketten als das Simulationsmodell für Multi-Sensorsysteme ausgebaut werden. Die angestrebten wissenschaftlichen Erkenntnisse bestehen in der Weiterentwicklung des analytischen Markov-Modells, das bereits Fehlerbursts einzelner Sensoren sowie Abhängigkeiten zwischen zwei Sensoren berücksichtigt, dem Ausbau auf mehr Sensoren, der Berücksichtigung weiterer Fehlervermeidungsstrategien und einer Werkzeugumsetzung. Weiterhin sollen Erkenntnisse beim Einsatz von Rare-Event-Simulation erzielt werden, um detailliertere Simulationsmodelle von Multi-Sensorsystemen in praktikablen Laufzeiten auszuführen und damit statistisch gesicherte Ergebnisse abzuleiten. Die Simulation erlaubt eine noch realistischere Systemnachbildung und eine Validierung der analytischen Modellierung. Es entsteht eine wissenschaftlich fundierte Methodik zur Ermittlung der Zuverlässigkeit von Multisensorsystemen.
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Charakterisierung der Diffusion von Nanopartikeln
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist es, die Diffusion von Nanopartikeln in Fluiden sowie in porösen Materialien grundlegend zu verstehen. Zur genauen Bestimmung von Diffusionskoeffizienten werden lichtstreu- und fluoreszenzbasierte photonenkorrelationsspektroskopische Techniken verwendet und weiterentwickelt. Für verschiedene partikuläre Systeme wird zunächst der Einfluss von Partikelgröße, Partikelform und Partikelwechselwirkung auf den Diffusionskoeffizienten untersucht. Für Dispersionen sphärischer Partikel wird der Diffusionskoeffizient innerhalb von porösen Materialien als Funktion des Verhältnisses von Poren- zu Partikeldurchmesser sowie in Abhängigkeit von Porengrößenverteilung, Porenanordnung und Porenöffnungsgröße betrachtet.
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Produktgestaltung disperser Systeme
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
URL: https://www.crc1411.research.fau.eu/Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden zur Gestaltung nanopartikulärer Produkte durch Optimierung von Struktur-Eigenschafts- und Prozess-Strukturbeziehungen. Das Produktspektrum reicht von Einzelpartikeln bis hin zu hierarchisch organisierten, wohl geordneten Suprapartikeln, dünnen Filmen und stationären Phasen für die Chromatographie. Wir streben Durchbrüche in der kontinuierlichen Herstellung optisch aktiver Nano-partikeln (NP) an, welche in maßgeschneiderten chromatographischen Trennprozessen klassiert werden. Die Herausforderungen der Prozessierung von NP werden in vier aufeinander abgestimmten Forschungsbereichen (FB) studiert und nutzen ein umfassendes Methodenspektrum der Synthese, Klassierung, Charakteri-sierung sowie der Modellierung, Simulation und mathematischen Optimierung.Im Zentrum von FB A steht die kontinuierliche Synthese von NP in flüssiger Phase, deren Eigenschaften im Hinblick auf Absorption, Emission oder Streuung von Licht optimiert werden. Neue Methoden für die Berechnung der Wechselwirkung von Licht mit komplexen Partikelanordnungen werden entwickelt und durch Optimierung invertiert. Dabei werden möglichst skalierbare Durchflussreaktoren eingesetzt, wobei die Bildungsdynamik der NP modelliert wird. So werden Partikeln mit bekannten Eigenschaften, aber besserer Qualität und höherer Ausbeute oder neue Produkte mit neuen Eigenschaften hergestellt. Die Kopplung der Synthese mit der NP-Chromatographie im FB B erfordert die Herstellung maßgeschneiderter stationärer Phasen mit optimaler Porenstruktur sowie die Steuerung der Partikelwechselwirkungen. Die Entwicklung neuer optimierter Prozesse basiert auf eingehenden Studien der Wechselwirkungen und des Partikeltrans-ports. Im FB C erfolgt die umfassende Charakterisierung der optisch aktiven Partikeln und der stationären Phasen mit tomographischen, spektroskopischen und thermoanalytischen Methoden und der Partikeldiffusion bei erhöhter Konzentration sowie die mehrdimensionale Analyse der Partikelsysteme. Im FB D werden Modelle der Wechselwirkungen und des Transports mit einer übergreifenden Populationsbilanz verbunden, welche mit neuen mathematischen Methoden analysiert und simuliert wird. Die Eigenschaften einzelner Partikel sowie die durch Selbstorganisation hergestellten komplexen Partikelanordnungen werden unter Berück-sichtigung von Unsicherheiten optimiert.Die erstklassige Infrastruktur an den Universitäten Erlangen-Nürnberg, Duisburg-Essen sowie am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien stellt die ideale Umgebung für diesen SFB dar. Dieser wird zu einer weltweit sichtbaren Plattform für die Gestaltung disperser Systeme ausgebaut. Vier Mercator-Fellows werden den SFB unterstützen. Unser Projekt enthält eine Vielzahl strategischer Maßnahmen zur Nachwuchsförderung, Gleichstellung und Wissenschaftskommunikation. Mit dem integrierten Graduiertenkol-leg setzen wir neue Standards in der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses.
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Dynamik der Entstehung farbiger (Edelmetall-)Partikel
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: seit 1. Januar 2020
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist eine modellbasierte Prozessentwicklung für die kontinuierliche Synthese von Gold- und Silber-Nanopartikeln unterschiedlicher Größe, Form und Zusammensetzung mit definierten optischen Eigenschaften. Die Dynamik der Nanopartikelbildung wird mit Ensemble- und Einzelpartikelmethoden umfassend analysiert und bildet die Basis für die Entwicklung prädiktiver 1- und 2-dimensionaler Populationsbilanzmodelle für die Bildungsdynamik. Die Synthese wird direkt mit der chromatographischen Trennung gekoppelt, um Nanopartikel gewünschter Morphologie und Eigenschaften zu gewinnen.
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Kontinuierliche Durchflusssynthese von Patchy Partikeln mit maßgeschneiderten Resonanzen und Wechselwirkungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: seit 1. Januar 2020
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Abscheidung von maßgeschneiderten plasmonischen "Edelmetall-Patches" auf dielektrischen Partikeln. Um zu bestimmen, welche Prozessparameter zu einem bestimmten Bedeckungsgrad und Form des Patches führen, werden inline Messungen der Kinetik der Redoxreaktion und der Patch-Bildung während der kontinuierlichen Durchflusssynthese durchgeführt. Dadurch etablieren wir ein Patch-Wachstumsmodell, welches die Identifikation von Prozessparametern erlaubt, die zu exzellenten optischen Eigenschaften führen. Nanoskalige Kernpartikeln werden zudem mit maßgeschneiderten Patches funktionalisiert, um diesen anisotrope Wechselwirkungen zu verleihen.
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Nanopartikuläre metallorganische Gerüstverbindungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: seit 1. Januar 2020
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Synthese von nanopartikulären Lanthanoid (Ln)-basierten porösen metallorganischen Gerüstverbindungen (MOF) und ihre Anwendung als Lumineszenz-Thermometer. Durch in situ Untersuchungen werden die Faktoren bestimmt, die die Synthese der porösen Ln-MOF-Nanopartikeln beeinflussen. Die Synthese dieser vielversprechenden Materialklasse wird im Hinblick auf die Größe, Morphologie und Lumineszenz-Eigenschaften kontrolliert. Durch Co-Dotierung mit einem weiteren Ln-Metallzentrum bzw. den Einbau von Gastspezies, wie zum Beispiel InP-Quantenpunkten oder kleinen Goldclustern, werden die porösen MOF-Nanopartikeln für den Einsatz als ratiometrische Lumineszenz-Thermometer maßgeschneidert.
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Kontrollierte Selbstorganisation von Strukturfarbpigmenten
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Herstellung von Strukturfarbpigmenten mit optimalen optischen Eigenschaften. Mittels Selbstorganisation definierter Primärpartikeln werden die optischen Strukturen als dünne Filme und Suprapartikel hergestellt. Die Farbe wird durch Kombination dielektrischer, absorbierender und emittierender Partikel, deren Zusammensetzung und relativen Positionen in enger Zusammenarbeit mit mathematischer Optimierung und Simulationen zur Strukturbildung optimiert. -
Herstellung hierarchisch poröser Materialien für die Nanopartikelchromatographie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Entwicklung von Präparationsmethoden für hierarchisch aufgebaute, poröse Materialien mit einstellbaren Poren- und Oberflächeneigenschaften, welche als neuartige stationäre Phasen in der chromatographischen Auftrennung von Nanopartikeln maßgeschneidert werden. Unser präparativer Ansatz beruht auf der Synthese von mesoporösen Primärpartikeln mit definierter Partikelgeometrie und Porengröße, deren kontrollierte Anordnung zu Suprapartikeln mit porengrößenspezifischen Oberflächeneigenschaften, und der weiteren Umwandlung dieser Suprapartikel in makroporöse Zeolithpartikeln mit einstellbarer Porengröße, -form und -länge.
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Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Mehrdimensionale Charakterisierung von Nanopartikelensembles
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die umfassende mehrdimensionale Charakterisierung von Partikelensembles. Wir entwickeln neue Methoden zur quantitativen Charakterisierung von Nanopartikeln in Bezug auf deren Größe, Dichte, Form und optische Eigenschaften (Extinktion und Emission) mittels kombinierter Zentrifugations- und Gas-Phasenanalytik. Darüber hinaus werden systematische Studien zur Nichtidealität mittels analytischer (Ultra)Zentrifugation durchgeführt. Hierbei wird der Einfluss der Konzentration auf Sedimentation und die Diffusion der Nanopartikeln zunächst für enge und dann für zunehmend komplexere Eigenschaftsverteilungen bestimmt und mit ergänzenden, oberflächensensitiven Techniken kombiniert. -
Texturelle Eigenschaften poröser Materialien für die Partikelchromatographie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Entwicklung einer umfassenden Strategie zur verlässlichen Bestimmung von texturellen Eigenschaften (z.B. Oberfläche, Porosität, Porengrößenverteilung, Porennetzwerk-Charakteristik) von stationären Phasen, die sich in einer flüssigen Phase befinden. Dabei werden verschiedene experimentelle Techniken eingesetzt, neue Methoden basierend auf NMR Relaxationsmessungen und inverser Größenausschluss-Chromatographie entwickelt, und mit modernen Gasadsorptions- und Intrusionsmethoden gekoppelt. Dies erlaubt die Schaffung eines einheitlichen Rahmens für die Charakterisierung hierarchisch aufgebauter, poröser Materialien basierend auf einer Kombination von Methoden in der Flüssig- und Gasphase. -
Erzeugung funktionaler Partikel und poröser Strukturen durch Sprühtrocknung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Entwicklung einer neuen skalierbaren Technologie zur Herstellung stationärer chromatographischer Phasen aus Suspensionen durch "Spray printing", d.h. den gezielten schichtweisen Aufbau funktionaler, poröser Substrate durch Einzeltropfenablage und -trocknung. Eine neue Apparatur zur Durchführung wird entwickelt und in Experimenten erprobt. Zugleich werden dynamische Modelle zur Beschreibung der Feststoffbildung durch Trocknung von freien und aufgesetzten Tropfen entwickelt, die eine Vorhersage der Schichtmorphologie und der örtlichen Heterogenität der porösen Substrate erlauben. -
Grundlagen der Nanopartikelchromatographie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die systematische Untersuchung der chromatographischen Trennung von Nanopartikeln nach Größe, Form und Oberflächeneigenschaften basierend auf einem tiefgehenden Verständnis der Wechselwirkungen der Nanopartikeln mit der stationären Phase sowie der Transportvorgänge. Die Wechselwirkungen werden über die komplexen dielektrischen Eigenschaften, Größe, Porosität, Ladung und Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikeln und der stationären Phase gezielt eingestellt. Das Retentionsverhalten und 2-dimensionale Trenngrade der Nanopartikeln werden bestimmt. Mit neuen Trennkonzepten wird die präparati-ve Nanopartikelchromatographie mit der NP-Synthese verknüpft. -
Verfahrenskonzepte für die größenselektive Nanopartikelchromatographie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Entwicklung effizienter chromatographischer Betriebsweisen für die präparative Klassierung von Nanopartikeln. Da solche Trennungen sehr schwierig sind, werden die nutzbaren Trennmechanismen – Größenausschluss und reversible Wechselwirkungen – experimentell analysiert. Mittels mathematischer Optimierung entsprechender Modelle werden dann nicht nur Einzelsäulenprozesse entwickelt, die diese Mechanismen optimal ausnutzen und kombinieren, sondern auch neue Verfahren identifiziert, die die Leistungsfähigkeit durch intelligente Recyclingstrategien und Mehrsäulenverschaltungen deutlich erhöhen. -
Mikroskopische 3D-Charakterisierung von funktionellen Partikeln und Porenstrukturen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die quantitative 3D-Charakterisierung von im SFB synthetisierten und eingesetzten Partikel- und Porensystemen durch fortgeschrittene Elektronen- und Röntgentomographiemethoden. Die 3D-Daten werden zur Modellierung und Optimierung der Partikelsysteme und Trennverfahren innerhalb des SFBs bereitge-stellt. Zunächst wird der Workflow für die quantitative 3D-Analyse anhand ausgewählter Partikel- und Porensysteme etabliert. Umfangreiche Untersuchungen an Partikel-Ensembles und stationären Phasenmaterialien ermöglichen statistisch relevante Aussagen. Darüber werden quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf Einzelpartikelebene bestimmt. -
Modellierung des Transports von Nanopartikeln
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist ein tiefgehendes Verständnis der Transporteigenschaften von Nanoteilchen in der suspendierten Phase und in komplexen Geometrien, wie sie sowohl während der Synthese als auch der chromatographischen Trennung von Relevanz sind. Mit Hilfe von mesoskaligen Gitter-Boltzmann-Simulationen werden wir den Übergang von mikroskaligen Molekulardynamikansätzen zu makroskopischen Kontinuumsmodellen schaffen. Der Einfluss des kollektiven Verhaltens und der Materialeigenschaften auf den Transport in technisch relevanten porösen Strukturen und die resultierenden Trennungseigenschaften werden systematisch untersucht und optimiert. -
Charakterisierung funktionalisierter Oberflächen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Ziel ist die Entwicklung einer umfassenden Strategie zur verlässlichen Bestimmung der Oberflächenchemie von stationären Phasen für die Nanopartikelchromatographie. Hierzu kombinieren wir komplementäre Methoden aus dem Bereich der Adsorption (z.B. in situ Adsorptionskalorimetrie) und der Spektroskopie (z.B. NMR-Spektroskopie) zur Charakterisierung der Oberflächenchemie von porösen Materialien und Nano-partikeln. Dies erlaubt es uns die Natur der Oberfläche, die Dichte und Position der funktionellen Gruppen auf den Oberflächen der in einer flüssigen Phase befindlichen stationären Phasen und Nanopartikeln zu bestimmen, aber auch die Wechselwirkung der Nanopartikeln mit den stationären Phasen zu untersuchen. -
Strukturelle und chemische atomare Komplexität - Von Defekt-Phasendiagrammen zu Materialeigenschaft;
Atomistische Simulation von Versetzungsprozessen (TP A02)(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
URL: https://www.sfb1394.rwth-aachen.de/index.php?id=273&L=1 -
Energy Conversion Systems: From Materials to Devices
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 30. Juni 2024
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)Das Forschungsziel des beantragten internationalen Graduiertenkollegs ist die Erforschungelektromechanischer (piezoelektrisch) und elektrooptischer (Photovoltaik- undWasserspaltung) Energieumwandlungssysteme auf der Basis von bleifreien Perovskit-Materialien. Die Entwicklung bleifreier Materialsysteme ist aufgrund internationalerVorschriften, die den Einsatz von Schwermetallen z. B. in elektronischen Geräten verbieten,ein zukunftsweisendes Forschungsfeld. Dies betrifft den Einsatz von bleifreien Materialiensowohl im Bereich der erneuerbaren Energien als auch im Bereich von Hightech-Anwendungen wie z.B. für autonome, drahtlose Sensoren. Hierbei ist insbesondere dieErforschung von skalenübergreifenden Phänomenen, z.B. bei der Energieumwandlung, derEntwicklung und dem Einsatz von bleifreien Pervoskit-Materialien, bei neuartigen 2D- und3D- Verarbeitungstechniken, sowie wie bei der Geräteintegration, von Interesse. Hierbeierfolgt der Einsatz von verschiedenen Synthese-, Fertigungs- undCharakterisierungstechniken, die mit Simulationen gekoppelt werden. Nur mit dieseminterdisziplinären Forschungsteam, welches Expertisen auf den unterschiedlichenLängenskalen besitzt, kann es gelingen die skalenspezifischen Phänomene in einemgemeinsamen Forschungs- und Trainingsumfeld zu erforschen. Im Rahmen desinternationalen Graduiertenkollegs erhalten die Partner gegenseitig Zugang zu einer Vielzahlvon experimentellen Techniken und Messgeräten sowie Kontakt zu japanischenIndustriepartnern.
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Hardwarekonzept und Hochfrequenzdesign eines Interferometers zur radar-gestützten Epilepsiediagnostik
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Bio-Interferometrie zur Epilepsiediagnostik in der Pädiatrie
Laufzeit: 1. Dezember 2019 - 30. November 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Ziel dieses Teilprojektes ist die Erforschung neuer Hardwarekonzepte und Hochfrequenzschaltungen für ein Sechstor-Interferometer zur radar-gestützten Epilepsiediagnostik. Für den Erfolg des Gesamtverbundprojekts ist die Präzision des Sensorsystems von essentieller Bedeutung, da auf die vom Sechstor-Interferometer bereitstellten primären Daten (zeitlicher Verlauf des Herzschlages) alle weiteren Signalverarbeitungsschritte aufbauen. Zuerst werden daraus die sekundären Daten (Herzfrequenz) extrahiert und anschließend die tertiären Daten (Herzratenvariabilität) berechnet, auf die die Epilepsiediagnostik aufbaut.
Vom Lehrstuhl für Technische Elektronik wird in diesem Teilprojekt deshalb ein hybrides Sechstorsystem entworfen das mit erhöhter Dynamik und stark bündelnden Antennen sowie einer Hardwarekompensation von nichtidealem Verhalten für eine maximale Qualität der Basisbandsignale sorgt. Weiterhin wird untersucht, wie notwendige Kalibrierungs- und Linearisierungsschaltungen bestmöglich in den Hochfrequenzpfad integriert werden können, um eine optimale Analog/Digital-Partitionierung zu erzielen. Mit dem hybriden System können bereits frühzeitig im Projektverlauf Testmessungen durchgeführt werden, deutlich bevor die monolithisch integrierten Mikrowellenschaltungen verfügbar sind. Dies ist für einen zügigen Projektverlauf entscheidend und gewährleistet, dass Erkenntnisse aus dem hybriden System noch während der Laufzeit direkt in den Chipentwurf und in die Radarmodule einfließen. Weiterhin werden innovative Antennenkonzepte mit adaptiver Antennensteuerung untersucht, um eine dynamische Strahlführung und Fokussierung zu ermöglichen. Dabei werden sowohl analoge als auch digitale beamforming Konzepte erforscht, um die spezifischen Anforderungen, die sich insbesondere durch die kindlichen Patientinnen und Patienten ergeben, zu adressieren. Ziel der Untersuchungen ist dabei mögliche Konzepte zu finden die sich auch für eine spätere Chipintegration eignen und entsprechend mit begrenzten Ressourcen in einer kompakten Bauform umgesetzt werden können.
Der Lehrstuhl für Technische Elektronik wird das BrainEpP-Projekt als Basis für weitere wissenschaftlicher Arbeiten nutzen und frühzeitig neue Forschungsprojekte planen, die an die BrainEpP-Aktivitäten anknüpfen. Somit werden langfristig die Kompetenzen des LTE und die Kooperationen mit Firmen zur wirtschaftlichen Umsetzung der eigenen Grundlagenforschung gestärkt. Für die Arbeiten am LTE sind außerdem die wissenschaftliche Veröffentlichung in renommierten internationalen Journalen und auf Konferenzen, sowie die Organisation von Workshops zur Verwertung des im Projekt erworbenen Wissens und der gewonnenen Erfahrung essentiell. Ebenso ist eine Verwertung der Forschungsergebnisse in der Lehre sowie in der Öffentlichkeitsarbeit im Sinne der Wissenschaftskommunikation geplant. -
Culture Challenge Sondierungsphase - Verbundprojekt: MultiKulti - Kultivierung von un- und schwerkultivierbaren Mikroorganismen aus verschiedenen Lebensräumen - TP F
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2019 - 31. Oktober 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Im Projekt MultiKulti arbeiten Biologen und Ingenieure im Verbund daran, ein Kultivierungssystem zu schaffen, mit dem bisher unkultivierbare Mikroorganismen aus der tiefen terrestrischen Biosphäre, den tiefen Bereichen des Ozeans und aus tiefen Grundwasserbereichen im Labor am Leben erhalten und vermehrt werden können. All diese aquatischen Habitate vereinen hohe Drücke, geringe Nährstoffkonzentrationen und schwere Zugänglichkeit. Kann also ein solches Kultivierungssystem geschaffen werden, können teils extrem teure Probenahmen vermieden werden und nach Rückschlagen schlicht auf die im Kultivierungssystem vermehrten Kulturen zurückgegriffen werden.
Die Herausforderungen liegen zum einen darin, initiale Informationen über die erforderlichen Bedingungen, vorhandene Diversität und stattfindenden Stoffflüsse zu erhalten in den Habitaten zu erhalten. Zum anderen darin, diese anschließend im Kultivierungssystem darstellbar zu machen. Besonders die hohen Drücke und die exakte Einstellung von nötigen Gradienten in Nährmittelkonzentrationen oder Temperaturen innerhalb des Kultivierungssystems sind aus ingenieurstechnischer Sicht komplex.
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Analyse, Optimierung und automatische Synthese von Sensordatenverarbeitungsanwendungen auf AMMOD-Basisstationen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2019 - 31. Oktober 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://www.zfmk.de/de/forschung/projekte/ammod-eine-wetterstation-fuer-artenvielfaltDieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil des AMMOD-Projekts gefördert. Projektträger ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Unser Planet verliert Jahr für Jahr Biodiversität. Seit 1990 hat in Mitteleuropa die Zahl der Insekten und Vögel stark abgenommen, was mit einzelnen Untersuchungen belegt ist. Umfassende Erhebung und wissenschaftliche Auswertung solcher Daten, wie dies beispielsweise in der Klimaforschung der Fall ist, findet aber nicht statt. Es fehlen dafür die technischen Voraussetzungen und Infrastrukturen.
Mit dem AMMOD-Projekt sollen neuartige Techniken zusammengeführt und angepasst werden, um Artenvielfalt automatisiert zu registrieren, in Analogie zu Wetterstationen. Dafür soll die folgende Technologie eingesetzt werden:
- Automatische Beprobung von Fluginsekten, Pollen und Sporen für die Bestimmung mit DNA Barcodes (siehe GBOL-Projekt)
- Automatische Bilderkennung von Vögeln (u.a. Bau eines „skyscanners“), nachtaktiver Insekten („Mottenscanner“), Säugetieren
- Automatische biokaustische Bestimmung (von Vögeln, Fledermäusen, Grillen etc.)
- Automatische Analyse der Düfte in der Landschaft („smellscapes“)
Für das automatisierte Monitoring verschiedener Spezies in weitläufigen, häufig schwer zugänglichen Arealen müssen diese AMMOD-Technologien sowie die Speicherung, Verarbeitung und Übertragung ihrer Daten auf einer generischen Plattform als "Wetterstation der Artenvielfalt“ integriert werden. Diese muss entsprechend mit verschiedenen Sensoren und Aktoren ausgestattet und mit verschiedenen Soft- und Hardwarekomponenten bestückt werden können. Die Herausforderung beim Entwurf dieser Plattform besteht vor allem darin, dass AMMOD-Stationen einerseits sehr große Datenmengen verarbeiten, speichern und über Mobilfunk übertragen müssen. Andererseits sind die verfügbaren Ressourcen im Feldeinsatz beschränkt (Energie basierend auf Solar- oder Windkraft für eine autarke Stromversorgung, Datenspeicherkapazität und Kommunikationsbandbreite).
Unser Teilprojekt befasst sich mit der Sensordatenverarbeitung und -speicherung innerhalb der Basisstation. Dabei verfolgt das Teilprojekt im Wesentlichen zwei Ziele. Einerseits soll eine Hardwarearchitektur für die AMMOD-Basisstationen entworfen werden, die die Verarbeitung und Speicherung von Sensordaten energieeffizient und in Echtzeit ermöglicht, sich aber generisch für die verschiedenen Anwendungsdomänen anpassen lässt. Andererseits sollen die Partner anderer Teilprojekte bei der Implementierung ihrer Algorithmen in Software und Hardware unterstützt werden, da die Programmierung der in AMMOD-Stationen eingebetteten Hardwarearchitekturen (vor allem Mehrkernrechner und programmierbare Hardwarebausteine) Expertenwissen erfordert. Dabei ist es ein deklariertes Ziel, eine Entwurfsmethodik bereitzustellen, die aus einer intuitiven und graphischen Beschreibung von Datenverarbeitungsalgorithmen automatisch eine optimierte Hardware-Software-Konfiguration der Plattform generiert, so dass auch Experten aus anderen Bereichen ohne entsprechendes Know-how in der Lage sind, die Plattform zu programmieren.
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Erforschung grundlegender Zusammenhänge und Ermittlung von Prozessgrenzen beim Massivumformen von verzahnten Mikrobauteilen aus Blechhalbzeugen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2019 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Aufgrund von Größeneffekten, hohen Werkzeugbeanspruchungen und Handhabungsschwierigkeiten ist die Kaltmassivumformung von Zahnrädern für Module m
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Informatik als Grundlage eines erfolgreichen MINT-Studiums entlang der Bildungskette fördern
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2019 - 31. Oktober 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) (seit 2018)
URL: https://www.ddi.tf.fau.de/forschung/laufende-projekte/cs4mints-informatik-als-grundlage-eines-erfolgreichen-mint-studiums-entlanDie fortschreitende Digitalisierung verändert neben dem Arbeitsmarkt auch die Bildungslandschaft. Mit Mitteln aus dem DigitalPakt Schule werden u.a. im Zuge des Programms BAYERN DIGITAL II gravierende Veränderungen in der Informatikausbildung vorangetrieben, die wiederum neue Herausforderungen auf den verschiedenen Bildungsebenen mit sich ziehen.
Das Projekt CS4MINTS begegnet eben diesen Herausforderungen entlang der Bildungskette und knüpft an bereits im Rahmen des Projekts MINTerAKTIV gestartete Maßnahmen, wie u.a. der Stärkung der Begegnung zunehmender Heterogenität der Studierenden im Zuge der Einführungsveranstaltung in die Informatik, an.So wird im Zuge der Begabtenförderung das Frühstudium in Informatik aktiv für Mädchen beworben und das Angebot explizit erweitert. Durch frühzeitiges Vorgehen gegen genderspezifische Stereotypen bzgl. Informatik sowie eine Erweiterung des Fortbildungsangebots um gendersensitiven Informatikunterricht in allen Schularten, soll langfristig ein signifikanter Anstieg des Frauenanteils im Fach Informatik erreicht werden.
Durch die Erweiterung des Pflichtfachs Informatik in allen Schulen besteht außerdem ein großer Bedarf an geeigneten Unterrichtskonzepten und einer Stärkung der LehrerInnenbildung. Hierfür soll im Projektzeitraum ein regionales Netzwerk aufgebaut werden, um universitär erarbeitete und evaluierte Unterrichtsideen zur Stärkung von MINT im curricularen und extra-curricularen Rahmen zur Verfügung zu stellen.
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Kommunikation und Sprache im Reich. Die Nürnberger Briefbücher im 15. Jahrhundert: Automatische Handschriftenerkennung - historische und sprachwissenschaftliche Analyse.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Biomarkers for immunotherapy in multiple sclerosis patients
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023
Mittelgeber: andere FörderorganisationMultiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease of the central nervous system (CNS) that is most common in young adult. The disease is due to an autoimmune reaction in which immune cells, which attack foreign pathogens, damage the body's own tissue. This project aims at identifying biomarkers in the form of gait characteristics in patients with multiple sclerosis which can be used both for the assessment of the current state of the disease and for the prediction of the further course of the disease in the form of relapses.
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Cyberkriminalität und forensische Informatik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 31. März 2024
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
URL: https://www.cybercrime.fau.de-Cyberkriminalität wird angesichts der wachsenden gesellschaftlichen Bedeutung der Informationstechnologie zu einer immer größeren Bedrohung. Gleichzeitig bieten sich neue Möglichkeiten der Strafverfolgung, wie etwa automatisierte Datensammlung und -auswertung im Netz oder Überwachungsprogramme. Doch wie geht man mit den Grundrechten der Betroffenen um, wenn „forensische Informatik“ genutzt wird? Das GRK „Cyberkriminalität und Forensische Informatik“ bringt Expertinnen und Experten der Informatik und Rechtswissenschaften zusammen, um das Forschungsfeld „Strafverfolgung von Cyberkriminalität“ systematisch zu erschließen.
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Koalgebraische Modellprüfung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)In der Spezifikation reaktiver Eigenschaften nebenläufiger Systeme nehmen temporale Logiken verschiedenster Ausprägung einen zentralen Platz ein; sie erlauben die flexible Formulierung von Anforderungen wie Sicherheit, Verklemmungsfreiheit, verlässlicher Beantwortung von Anfragen u.v.m. Nebenläufige Programme und Systeme werden hierbei typischerweise zu geeigneten Formen von endlichen Zustandsmaschinen abstrahiert. Die Überprüfung der Erfülltheit von Anforderungen der genannten Art stellt sich dann als ein Modellprüfungsproblem dar, d.h. man benötigt Entscheidungsalgorithmen für die Erfülltheit von temporalen Formeln über endlichen Zustandsmaschinen. Die Entwicklung solcher Algorithmen und hieraus gewonnener Verifikationswerkzeuge ist eine sowohl wissenschaftlich als auch industriell etablierte Forschungsrichtung.
Nachdem man unter Zustandsmaschinen ursprünglich vor allem relativ einfache relationale Strukturen verstanden hatte, haben mittlerweile ausdrucksstärkere Modelle starke Verbreitung gefunden, in denen die Systemevolution beispielsweise auch probabilistische, gewichtete oder spieltheoretische Aspekte beinhaltet. Damit einher gehen eine entsprechende Auffächerung und zahlenmäßige Vervielfachung von Temporallogiken zur Modellierung solcher Verhaltensweisen; bekannte Beispiele sind probabilistische Temporallogiken, Parikhs Game Logic und alternierende Temporallogiken. Ziel von CoMoC ist die Entwicklung generischer Logiken sowie semantischer und algorithmischer Methoden zur Modellprüfung in solchen Logiken. Als Grundlage der beabsichtigten generischen Entwicklung dient die universelle Koalgebra, die eine große Bandbreite an Systemtypen jenseits der rein relationalen Welt unter dem Begriff der Funktorkoalgebra subsumiert und mittlerweile ein umfangreiches Arsenal an allgemeinen metatheoretischen, logischen und algorithmischen Techniken zur Spezifikation und Verifikation solcher Systeme bereitstellt.
In CoMoC werden wir sowohl verzweigende als auch lineare generische Temporallogiken in koalgebraischer Allgemeinheit entwickeln. Wir werden hierbei den Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der automaten- und spielbasierten Analyse des Modellprüfungsproblems sowie hinsichtlich des Allgemeinheitsgrades der Linearzeitvarianten der verwendeten Logiken vorantreiben. Besonderes Interesse gilt ferner der Behandlung von Logiken über Datenströmen sowie über reaktiven Modellen mit zusätzlichen Berechnungskapazitäten, etwa geteiltem Speicher oder Stapelverarbeitung. Zusammenfassend entsteht so ein vereinheitlichtes Rahmenwerk zur temporalen Spezifikation und Verifikation einer Vielzahl verschiedener Systemtypen.
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TopoRestruct - Rückführung fertigungs-, beanspruchungs- und funktionsgerechter Konstruktionsgeometrie aus Ergebnissen der Topologieoptimierung in den Produktentwicklungsprozess
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Topologieoptimierungsmethodenwerden zur Berechnung einer idealen Struktur für vorgegebene Zielfunktionen,Belastungen und Randbedingungen eingesetzt. Ein typisches Ergebnis derFE-basierten Topologieoptimierung (TO) ist ein trianguliertes Oberflächennetz,das jedoch meist stark unregelmäßig geformt ist und keine parametrischeCAD-Geometrie darstellt. Eine weitere Integration in den Produktentwicklungsprozess gestaltet sich so schwierig. Die automatisierte,featurebasierte Rückführung von TO-Ergebnissen in parametrische CAD-Geometrie istdaher Ziel von „TopoRestruct“.
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KI-Labor Systemdesign für Maschinelles Lernen in Anwendungen der Signalverarbeitung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://www.iis.fraunhofer.de/kissDas BMBF-geförderte Projekt "KISS: KI Labor Systemdesign für Maschinelles Lernen in Anwendungen der Signalverarbeitung" erforscht neue Entwicklungswerkzeuge, um KI-basierte Algorithmen der Signalverarbeitung zu verbessern und dann Computer-unterstützt in hocheffiziente Implementierungen zu überführen. Die dadurch reduzierten Entwicklungszeiten versprechen verbesserte oder gar völlig neue Produkte und Dienstleistungen für Mobilität, Kommunikation und Unterhaltung.
Die erzielten Ergebnisse aus der Forschung werden mittels universitärer Lehre und industrieller Weiterbildung an alle relevanten Interessenten weitergegeben. Dies umfasst einerseits die Generierung von Trainingsdaten sowie andererseits die effiziente Umsetzung und Optimierung von Endsystemen, welche aus unterschiedlichen Recheneinheiten wie beispielsweise Grafikkarten oder programmierbaren Chips bestehen. Durch die Kombination von klassischen Verfahren mit Methoden des maschinellen Lernens wird zum einen die Anwendbarkeit erhöht sowie die Einstiegshürden für Industrieunternehmen gesenkt.
Zur Erreichung dieser Ziele werden die anzuwendenden Algorithmen mit hohem Abstraktionsniveau in sogenannten semantischen Modellen modelliert, welche dann Computer-unterstützt vereinfacht und auf unterschiedliche Zielplattformen übertragen werden können. Außerdem werden Konzepte bereitgestellt, mit denen Trainingsdaten aus vorhandenen Daten-Pools und Simulationsumgebungen gewonnen werden können. Zur Sicherstellung der Praxistauglichkeit werden diese Methoden an unterschiedlichen Video-, Sprach- und Audioanwendungen getestet.
KISS ist ein Projekt der beiden Verbundpartner Fraunhofer IIS und des Lehrstuhls für Hardware-Software-Co-Design. Weitere Informationen über das Projekt finden Sie unter https://www.iis.fraunhofer.de/kiss
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Ein Werkzeug zur Erstellung von Open-Source-Stücklisten für Web-Anwendungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Ein Werkzeug zur Erstellung von Open-Source-Stücklisten für Web-Anwendungen
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Anica: Integration weiterentwickelter Heatpipes und Optimierung des Kalzinators
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: ACT-ANICA - Fortschrittliches indirekt beheiztes Carbonate-Looping-Verfahren
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/bmwi-projekt-anica/Im BMWi-Projekt ANICA wird die Forschungsarbeit aus dem Vorgängerprojekt CARINA fortgesetzt. Der Carbonate Looping Process soll zur CO2 Reduktion in Kohlekraftwerken untersucht werden und hinsichtlich des Wirkungsgrades optimiert werden. -
Mobilität in Multi-Access Edge Computing (MEC) Umgebungen
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023Perspektivisch wird Datenverkehr nicht mehr ausschließlich zwischen Cloud bzw. einem Server in einem Rechenzentrum und einem mobilen Endgerät stattfinden. Kommunikation zwischen Geräten wird vielmehr auf Basis von Anwendungsbeziehungen direkt aufgebaut werden, um immersive Anwendungen, automatisiertes Fahren oder Platooning zu realisieren. Hierzu folgen 5G und nachfolgende Netzwerktechnologien in ihrem Design zunehmend dem Data-Centric Paradigma, in dem unter anderem die steigende Relevanz von direkter Gerätekommunikation Berücksichtigung findet. Eine weitere elementare Entwicklung trägt ebenfalls dazu bei: Rechen- oder Informationsressourcen werden nicht länger ausschließlich von Cloud-Servern zur Verfügung gestellt.
Multi-access edge computing (MEC) ist Bestandteil aktueller Forschung und beschäftigt sich mit der Bereitstellung von Ressourcen auf verteilten Edge Servern. MEC Instanzen können beispielsweise nah an Basisstationen angesiedelt sein, um Anwendungen mit besonderen Anforderungen, wie geringe Latenz, hohe Bandbreiten oder Datenschutzanforderungen nah am Endgerät zu bedienen. Mit der Zeit wird dieses Konzept um Services erweitert werden, die buchstäblich überall bereitgestellt werden können - ohne dass eine zwingend hierarchische Netztopologie berücksichtigt werden muss. Neben einer Cloud-Instanz kann ein Service demnach auch auf der Edge-Instanz in der Nähe, also z.B. einer Mobilfunk-Basisstation, einem Verkehrsleitsystem oder sogar einem benachbarten UE, betrieben werden.
Zur Einsparung von Energie oder zur Bildung von Redundanzen ist es sinnvoll, dass ein MEC Orchestrator dynamisch Edge-Ressourcen zwischen Rechenknoten verschieben kann. Daneben werden Orchestrierentscheidungen und die Fortbewegung von Teilnehmern häufiger als bislang zu einer Änderung der Netzwerktopologie führen. Diese Funktionalitäten bedingen zwangsläufig einen mesh-artigen Netzwerkaufbau, bei dem Kommunikationsverbindungen auf Basis der zu transportierenden Daten anstelle vordefinierten Pfaden aufgebaut und gewählt werden müssen.
Network Function Virtualization (NFV) und die strukturellen Änderungen, die mit der 5G Evolution eingeführt werden, bieten zusätzliche Systemflexibilität: Eine programmierbare Data Plane, gekapselt in der User Plane Function (UPF) im 5G Core, ermöglicht die Implementierung neuer Möglichkeiten zur datengetriebenen Paketbehandlung und -weiterleitung.
In heutigen Netzwerken werden Services meist als Serverdienste, die in einer hierarchischen Struktur angeordnet sind, betrieben. Hierbei ist die Limitierung in Mobilitätsszenarien flexibel agieren zu können oftmals die verbindungsorientierte Host-zu-Host Kommunikation. Beispielsweise ist die Möglichkeit einer Remote bzw. In-Network Readressierung von Client-Anfragen oder -Antworten für unterbrechungsfreie Konnektivität, z.B. wenn eine Ressource ausfällt, aus Energiespargründen abgeschaltet wird oder ein Handover in eine andere MEC-Zone stattfindet, nativ nicht vorgesehen.
Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit zukünftigen Kommunikationsprotokollen und -systemen, mit besonderem Fokus auf Mobilitätsszenarien von V2X Anwendungen in mesh-artigen MEC Umgebungen. Dabei spielt die Ermöglichung von Quality of Service (QoS) über Netzwerkgrenzen und unabhängigen Control Planes hinweg für die genannten Anwendungsfälle eine essentielle Rolle. Berücksichtigung finden auch Ansätze aus verschiedenen modernen Adressierungsmethoden und Netzwerkprotokollen wie Information-Centric Networking (ICN), Locator/Identifier Separation Protocol (LISP) oder IPv6. Zusammengefasst beschäftigt sich das Forschungsprojekt mit unterschiedlichen Herausforderungen der Netzwerkkommunikation in sich häufig verändernden, nicht-hierarchischen und serviceorientierten Architekturen (SOAs).
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Joint Training on Numerical Modelling of Highly Flexible Structures for Industrial Applications
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: https://thread-etn.euHighly flexible slender structures like yarns, cables, hoses or ropes are essential parts of high-performance engineering systems. The complex response of such structures in real operational conditions is far beyond the capabilities of current modelling tools that are at the core of modern product development cycles.Addressing this requires a new generation of brilliant scientists. Marie Skłodowska-Curie funding of the THREAD project will bring together young mechanical engineers and mathematicians who will develop mechanical models and numerical methods for designing highly flexible slender structures, and support the development of future virtual prototyping tools for products where such structures have a key role in functional system performance.
THREAD is a unique network of universities, research organisations and industry which by addressing fundamental modelling problems will ultimately enable the field to better meet the needs of different industries. A group of 14 Early Stage Researchers (ESRs) will receive comprehensive training covering state-of-the-art research topics along the modeling of highly flexible slender structures for industrial applications as well as valuable transferable skills. They will benefit from close cooperation with twelve industrial partner organisations implementing a comprehensive programme of research secondments and contributing their experience.
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Power-to-Biogas: Erfahrungsbasierte Einsatzplanung für die katalytische Methanisierung von Biogas zur Anlagenflexibilisierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Das Projekt Power-to-Biogas thematisiert die Flexibilisierung von Biogasanlagen zur Integration einer bedarfsgerechten Stromproduktion aus Biomasse in das zukünftige Stromsystem. Über die Methanisierung des in der Biogasanlage freigesetzten Kohlenstoffdioxids mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff können Stromüberkapazitäten genutzt und für die Sektorenkopplung chemisch gespeichert werden. Folglich wird die Methanausbeute der Biogasanlage bei gleichzeitig niedrigeren spezifischen Emissionen signifikant gesteigert. Der „machine learning“-Ansatz ermöglicht hierbei die Entwicklung einer intelligenten Steuerung und Regelung des Systems, welche angepasst an den Betrieb der Biogasanlage und den Strompreis zu einer wirtschaftlichen Optimierung des Gesamtprozesses führt.
Das Ziel des Projekts ist die Erprobung der dynamischen Methanisierung von Biogas an dem Standort einer Biogasanlage mit Einspeisung ins Erdgasnetz. Die wirtschaftliche Einsatzplanung des Methanisierungsreaktors in der Umgebung der Biogasanlage wird softwarebasiert mit dem „machine learning“-Ansatz in einem Langzeitversuch optimiert.
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Development of neural networks and machine learning algorithms for online handwriting recognition
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Development of neural networks and machine learning algorithms for online handwriting recognition
Laufzeit: 2. September 2019 - 30. April 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018), Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)The aim of this project is the development of a toolkit that is able to identify handwriting in real time. Using Stabilo Digipen with internal sensors that provides pen motion data in real time, machine learning algorithms are applied to track the pen movement on regular paper and digitize written sentences in real time.
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Internationale wissenschaftliche Veranstaltung: "Diffusion Fundamentals VIII - Diffusion Phenomena Moving People", Erlangen-Nürnberg v. 01.09. - 05.09.2019
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2019 - 5. September 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Machine Learning for Engineers – Introduction to Methods and Tools
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2020
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule BayernThis course offers an overviewof some of the most widely used machine learning methods that are necessary toknow in order to be able to work on data science applications. We present thenecessary fundamental for each topic and provide coding exercises in order topractice the models.
The course includes:
1) The common practicesfor data collection, anomaly detection and signal fusion.
2) Teaching differenttasks regarding regression, classification, and dimensionality reduction usingmethods including but not limited to linear regression and classification,Support vector machines and Deep neural networks.
3) Introduction to Pythonprogramming for data science.
4) Applying machinelearning models on real world engineering applications.
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Integration von effizienten "compute kernels" für Phasenfeldmodule in das waLBerla-Simulations-Framework mittels Codegenerierung und Performance-Engineering-Techniken.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2019 - 1. September 2020
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) (seit 2018)Multicomponent flows are of considerable scientific interest due to their broad range of applications. Emulsions, for example, play an important role in processing of coatings, cosmetics, pharmaceutics, and foods. Especially double emulsions, where smaller drops are encapsulated in larger drops, carry high potential for medial applications like controlled drug delivery and release. On much larger scales, multicomponent flows are of wide interest in the oil industry where advanced recovery processes require a detailed understanding of the multicomponent system comprised of water, oil and several gaseous phases. To simulate complex multicomponent problems there exist two computational approaches to represent the interface. In sharp interface models the interface is resolved by a single computational cell. An algorithmically complex surface tracking approach must be used to ensure that a special free surface boundary can be applied. For this work the second approach, a diffuse interface phase-field model wll be investigated. In these methods the interface is resolved with multiple lattice cells allowing for a very flexible modeling of surface tensions effects. Computationally, their main advantage is that they require no explicit surface tracking step, such that their stencil-type nature makes them very well suited for HPC. In this project we will investigate which parts of the waLBerla HPC software framework can be generated in order to obtain optimal performance for concrete simulation runs. -
Experimentell validierte DNS- und LES-Ansätze für die Kraftstoffeinspritzung, -mischung und -verbrennung in Dual-Fuel-Motoren
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Experimentally Validated DNS and LES Approaches for Fuel Injection, Mixing and Combustion of Dual-Fuel Engines
Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2023
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: http://www.edem-itn.euÖkonomische, geopolitische und soziale Trends können über die gut beschriebenen Umweltbelange hinaus legislative Maßnahmen zur teilweisen Substitution von Diesel durch sauberere Kraftstoffe in naher Zukunft bewirken. Außerdem haben die bereits sehr strengen Emissionsgesetzgebungen für Dieselmotoren, z.B. EURO VI- oder Tier-IV-Normen, in Europa und in den USA, zu einem Anstieg des industriellen Interesses an der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, die sowohl für flüssige/gasförmige Kraftstoffgemische geeignet sind, geührt. Die Verbrennung in diesen so genannten Dual-Fuel-Motoren umfasst die Kompressionszündung von Dieselkraftstoff, der in ein homogenisiertes gasförmiges (oder flüssiges) Kraftstoff-Luft-Gemisch eingespritzt wird. Die hinterliegende Motivation ist, dass bei der Dual-Fuel-Verbrennung der meiste Dieselkraftstoff weitgehend homogenisiert verbrannt wird und damit die Rußbildung drastisch geringer ausfällt. Darüber hinaus können abhängig von Kohlenstoffgehalt und Herkunft des primären gasförmigen (oder flüssigen) Kraftstoffs Dual Fuel-Verfahren zu einer signifikanten Verringerung der CO2-Emission führen. Erdgas oder Methan sind ideale Kandidaten unter den Kohlenwasserstoffen. Das Ziel dieses Projekts, im Einklang mit der europäischen und internationalen Richtlinien in diesem Bereich, ist die Entwicklung und Validierung von DNS/LES-Methoden für Kraftstoffeinspritz-, Misch- und Verbrennungsprozesse, die relevant sind für Verbrennungsstrategien in Dual-Fuel-Motoren. Darüber hinaus ist die Anwendung der neu abgeleiteten Modelle zur Entwicklung effizienterer Motoren und zur Abschätzung der Umweltauswirkungen der vorgeschlagenen Konzepte Ziel der Forschungsarbeiten. In Bezug auf MSCA-Agenda wird das Projekt eine einzigartige Gelegenheit für eine gemeinsame industriell-akademische Doktorandenausbildung in führenden multinationalen Unternehmen schaffen. Dies wird die Fellows mit Fähigkeiten, Wissen und Know-how ausstatten, die nicht nur ihre persönlichen Karrieremöglichkeiten verbessern, sondern ihnen ermöglicht zur Lösungen globaler Probleme und dem Wohl der Gesellschaft als Ganzes beizutragen.
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Forschungspreis Prof. Dr. Stefano Zapperi
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2020
Mittelgeber: Alexander von Humboldt-Stiftung -
Automatisiertes Rangieren von Fahrzeuggespannen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2022
Mittelgeber: Industrie -
Entwicklung von Verfahren zur Segmentierung von sich überlagernden Signalen mittels Erforschung von zyklostationären Mustern
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Blinde Interferenzanalyse bei der Funküberwachung
Laufzeit: 1. September 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
High order variational integrators for continuum mechanics, constrained mechanical systems and optimal control
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 15. August 2019 -
BRAIn mechaNIcs ACross Scales: Linking microstructure, mechanics and pathology
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Juli 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Emmy-Noether-Programm (EIN-ENP)
URL: https://www.brainiacs.forschung.fau.de/Das Ziel diesesForschungsvorhabens ist es, mikromechanische Modelle für Gehirngewebe zuentwickeln, die es ermöglichen, Krankheiten früher zu diagnostizieren undBehandlungsmethoden zu optimieren. Zunächst wird das mechanische Verhalten vonGehirngewebe mithilfe innovativer Testmethoden über mehrere Zeit- undLängenskalen hinweg untersucht. Hierbei wird auch die Mikrostruktur getesteterProben analysiert – unter Berücksichtigung zellulärer, aber auchextrazellulärer Komponenten - um das komplexe Zusammenspiel von Mikrostruktur,Mechanik und Hirnfunktion zu verstehen. Es wird weiterhin experimentelluntersucht, wie sich Mikrostruktur und Mechanik des Gewebes während derEntwicklung, aufgrund von Krankheit oder durch Einwirkung mechanischer Kräfteverändern. Anhand der neuen Erkenntnisse werden anschließend mechanischeModelle entwickelt, die das regionsabhängige Verhalten von Gehirngewebebeschreiben, aber auch Veränderungen während der Entwicklung, durch Homöostaseoder durch Krankheit vorhersagen. Durch die Implementierung der Modelleinnerhalb einer Finite-Elemente-Umgebung werden klinisch relevanteFragestellungen durch rechnergestützte Simulationen untersucht. Das Modellstellt hierbei die Verbindung zwischen häufig schon bekanntenMikrostrukturveränderungen und durch bildgebende Verfahren erkennbarenmakroskopischen Veränderungen der Hirnstruktur her. Zusammengenommen können diehier entwickelten interdisziplinären Testmethoden, in Kombination mit denkomplexen Simulationsmodellen, den Grundstein für realistische, numerischeVorhersagen zur Früherkennung von Krankheiten oder zur Weiterentwicklunginnovativer Behandlungsmethoden legen. Nicht zuletzt tragen die entwickeltenModelle dazu bei, den Bedarf an Tier- und Menschenversuchen zu reduzierendenund den 3D Druck künstlicher Organe voranzutreiben.
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Biomechanisches Assessment und Simulation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2019 - 1. August 2022
Mittelgeber: IndustrieThe goal of this project is to develop data-based and knowledge-based methods for accurate analysis and simulation of human motion, focused on gait. Movement simulations are created by solving trajectory optimization problems, using an objective related to energy, a musculoskeletal model to model the body and muscle dynamics, and constraints to define the movement task. We use data-based approaches to improve musculoskeletal models and simulation accuracy. With our research, we aim to better understand human motion, and thereby improve design of wearables, such as prostheses, exoskeletons, and running shoes.
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Elektronenoptische Bildgebung per in-situ Bauteilvermessung bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Juli 2020
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Framework für die automatische Abbildung von KI-Applikationen auf rekonfigurierbare Hardwareplattformen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Rekonfigurierbare Hardwareplattform zur KI-basierten Sensordatenverarbeitung für das autonome Fahren
Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Juli 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Connected Movement
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Im Projekt soll ein elektronisches Mikrosystem entwickelt und erforscht werden, dessen
Energieversorgung und Sensorik auf piezoelektrischem PVDF-Material basiert und das drahtlos mit der
Außenwelt kommuniziert. Wissenschaftliche Veröffentlichungen zeigen die potentielle Energieausbeute, die
für den energieautarken Betrieb eines integrierten, drahtlosen Mikrosystems benötigt wird. Neben dieser
Energy Harvesting Funktion kann die PVDF-Technologie auch als Drucksensor verwendet werden und es
soll im Projekt die plantare Druckverteilung gemessen werden. Diese Messgröße ist eine interessante
Modalität für die Analyse menschlicher Bewegung in Sport und Medizin. Um den Nutzer in seiner Bewegung
so wenig wie möglich zu beeinträchtigen soll das System in einen Schuh integriert werden und auf
Batteriewechsel und Aufladen komplett verzichtet werden. Dafür sind entsprechende Untersuchungen und
Optimierungsschritte im Bereich der Energieausbeute des piezoelektrischen Materials, Miniaturisierung der
Elektronik, Aufbau- und Verbindungstechnik und anwendungsbasierter Datenanalyse nötig. -
Modulare und hierarchische Ansätze für die Regelung nebenläufiger zeitbewerteter ereignisdiskreter Systeme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Juli 2019 - 14. Juli 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Neue Technologien haben zur Entwicklung von Systemen geführt, die weitgehend autonom agieren und typischerweise aus einer Vielzahl vernetzter Komponenten bestehen. Die Komplexität solcher Systeme erfordert neuartige Ansätze zur Modellierung und Reglersynthese, um die gewünschte Funktionalität zu garantieren. Ereignisdiskrete Systeme (discrete-event systems, DES) sind Modelle, deren Dynamik durch das Auftreten asynchroner Ereignisse charakterisiert wird. Solche Modelle eignen sich für viele "man made Systems", wie beispielsweise automatisierte Transportvorrichtungen und flexible Fertigungsanlagen. Die Modellierung ereignisdiskreter Systeme erfolgt mit aus der Informatik bekannten Beschreibungsmitteln, wie etwa endlichen Automaten, formalen Sprachen oder Petri-Netzen. Zur Reglersyn these hat sich die sog. "supervisory control theory" etabliert, bei der der Regler bzw. supervisor aus vergangenen Ereignissen ableitet, welche Ereignisse aktuell unterbunden werden müssen, um einen wunschgemäßen Ablauf des geregelten Systems zu gewährleisten. Eine zentrale Herausforderung ist hierbei die in der Komponentenzahl exponentiell wachsende Zahl von Zuständen des Gesamtsystems. Dieser begegnet man durch modulare oder hierarchische Ansätze, die das explizite Erstellen eines Gesamtmodells umgehen. In ihrer Grundform beschreiben ereignisdiskrete Systeme nur die Reihenfolge der Abfolge von Ereignissen. Dies reicht aus, um Regler zu entwerfen, die einen sicheren und zielführenden Betrieb des geregelten Systems garantieren. In vielen Anwendungen spielt aber neben Sicherheit auch Performanz eine Rolle. Letztere bezieht sich i.A. nicht nur auf die Reihenfolge sondern auch auf die Zeitpunkte, zu denen Ereignisse auftreten. Dazu bietet die Literatur eine Auswahl von Modellformen, die sich hinsichtlich ihrer Ausdrucksstärke deutlich unterscheiden. Am unteren Ende rangieren Ansätze nach Brandin/Wonham, bei denen das Verstreichen von Zeit durch das globale Ereignis "tick" abgebildet wird, sowie sog. zeitbewertete Ereignisgraphen (timed event graphs, TEGs), deren Verhalten sich als Lösungen linearer (max,+)- Gleichungen darstellen lässt. Für beide Ansätze ist die Reglersynthese gut erforscht. Allerdings wird die hier verfügbare Ausdrucksstärke vielen Anwendungen nicht gerecht: Modelliert man nach Brandin-Wonham, so lassen sich nebenläufige Prozesse, die mehrere unabhängige Echtzeituhren erfordern, nicht darstellen; verwendet man zeitbewertete Ereignisgraphen, so können logische Verzweigungen nicht dargestellt werden. In diesem Projekt wollen wir effiziente Methoden zur ereignisdiskreten Regelung für Modellformen untersuchen, die in ihrer Ausdrucksstärke über die beiden genannten Ansätze deutlich hinaus gehen. Wir streben insbesondere an, mit Hilfe modularer und hierarchischer Methoden für sog. (max,+)-Automaten und ausgewählt strukturierte Petri-Netze Regler zu entwerfen, die gegebene Anforderungen hinsichtlich Korrektheit und Performanz garantieren.
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Qualitätssicherungssystem für Pulver beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (T1)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
URL: https://www.crc814.research.fau.eu/projekte/t-transferprojekte/transferprojekt-t1/Zielstellung des Projekts ist die wissenschaftliche Erarbeitung eines Qualitätssicherungssystems für Kunststoffpulver beim selektiven Laserstrahlschmelzen. Dieses Qualitätssicherungssystem ist zweistufig aufgebaut. Zunächst wird ein empirisches Alterungsmodel erforscht, das neben chemischen nun auch physikalische Alterungsmechanismen berücksichtigt und auf experimentell ermittelten Schüttguteigenschaften sowie rheologischen und thermischen Werkstoffeigenschaften des vorliegenden Stoffsystems basiert. Dieses Materialmodel erlaubt in Kombination mit Maschinendaten die Vorhersage des Alterungszustandes des Pulvers und wird in Form einer Demonstratorsoftware realisiert und experimentell evaluiert. Zusätzlich wird ein neues Messsystem erforscht, das verfahrensintegriert die Bestimmung der Fließfähigkeit der Pulver bei erhöhter Temperatur sowie schmelzerheologischer Eigenschaften ermöglicht und somit wichtige Eigenschaften für eine Qualifizierung ermittelt. Das Qualitätssicherungssystem wird nach Validierung mit dem Industriepartner in ein Demonstratorsystem überführt.
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Numerische Modellierung von lokalen Materialeigenschaften und daraus abgeleiteten Prozessstrategien für die pulverbettbasierte additive Fertigung massiver metallischer Gläser
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
URL: http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/projekte/t-transferprojekte/transferprojekt-t2.shtmlZiel dieses Projekts ist es, basierend auf prädiktiven numerischen Simulationen die additive Herstellung von Bauteilen aus massiven metallischen Gläsern durch selektives Laserstrahlschmelzen zu ermöglichen. Es sollen geeignete Prozessstrategien erarbeitet werden, die den amorphen Materialzustand möglichst ohne Alterungseffekte sowohl im Volumen als auch für komplexe Geometrien gewährleisten. Dazu müssen mittels der numerischen Simulation neben der Berechnung des Temperaturfeldes und der Materialkonsolidierung während des Fertigungsprozesses auch Aussagen über das Erstarrungsverhalten, die Alterung und schließlich die Kristallisation möglich werden.
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Entwicklung eines lernenden Umwandlungs- und Dilatometermodells zur virtuellen Prozessauslegung von Presshärtprozessen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: http://www.lft.uni-erlangen.de/?option=com_sfbpages&view=projekt&id=272Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Umwandlungsmodellen, die in der numerischen Prozess-Simulation als „virtuelles Dilatometer“ genutzt werden können. Das lernende Modell wird anhand von umfangreichen Untersuchungen trainiert. Ein besonderer Fokus liegt im Rahmen des Projekts auf der isothermen Umwandlung des unterkühlten Austenits des Stahls 22MnB5 in Ferrit, Perlit und Bainit. Dies ist vor allem bei partiellen Presshärteprozessen von hoher Relevanz. Die nötige Datenbasis wird mit Hilfe eines Umformdilatometers, sowie begleitenden Härtemessungen und metallographischen Analysen geschaffen. Eingang finden hierbei unter anderem die Umwandlungspunkte in Abhängigkeit der thermomechanischen Lastpfade, die resultierenden Phasenanteile und die mechanischen Eigenschaften. Ein weiterer wichtiger Teil des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Lernfunktion. Das Modell wird dabei mit Hilfe der vorhandenen Versuchsdaten trainiert. Durch eine iterative Versuchsplanung können dann ideale Versuchsbedingungen bestimmt werden, um so den Versuchsaufwand zu minimieren.
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Development of bridge plugs in the framework of sealing of deep investigation boreholes in the context of a Geologica Disposal Facility
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Industrie -
Mesoskopische Modellierung und Simulation der Eigenschaften additiv gefertigter metallischer Bauteile
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG - Sonderforschungsbereiche
URL: https://www.crc814.research.fau.eu/projekte/c-bauteile/teilprojekt-c5/Ziel dieses Teilprojektsist es, aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen der Teilprojekte B4 und C5den Einfluss der Bauteilränder auf die resultierendeMaterial/Bauteil-Mesostruktur für pulver- und strahlbasierte additiveFertigungsverfahren von Metallen zu berücksichtigen und die daraus folgendenmeso- und makroskopischen mechanischen Eigenschaften modellbasiert zubestimmen. Das mechanische Verhalten dieser Mesostrukturen und der Einflussderen unvermeidbarer fertigungsbasierter geometrischer Unsicherheiten sollinsbesondere für zellulare Gitterstrukturen numerisch modelliert, verifiziert,quantifiziert und validiert werden.
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Metrologie für Fügeprozesse und -verbindungen (C05)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB/Transregio 285
Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
URL: https://trr285.uni-paderborn.de/Bei mechanischen Fügeprozessen entstehen Baugruppen, die verfahrensbedingt mechanisch beansprucht und dadurch bereits im Prozess geschädigt werden können. Weiterhin kann es zu geometrischen Abweichungen bei den qualitätsrelevanten Merkmalen einer Verbindung kommen. Im Hinblick darauf sind sowohl eine sichere In-Prozess-Messung der Fügeprozessparameter als auch eine zerstörungsfreie geometrische Post-Prozess-Prüfung zur nachgelagerten Qualitätskontrolle erforderlich. Es sollen Methoden entwickelt werden, die einerseits durch Verbesserung der In-Prozess-Messung zu einer Robustheitssteigerung etablierter Fügeprozesse und andererseits durch eine zuverlässige Beurteilung der Auswirkungen von Prozessänderungen mit computertomografischen Post-Prozess-Messungen, für die eine Rissmessbarkeitsgrenze angegeben werden soll, zur Wandlungsfähigkeit beitragen. Für die In-Prozess-Messtechnik sollen in Kooperation mit fügeprozessanwendenden Teilprojekten dynamische Echtzeit-Messunsicherheitsschätzer auf Basis eines Bayes-Ansatzes erarbeitet werden, die eine Genauigkeitsverbesserung und Messunsicherheitsaussage für die Aufnahme dynamischer Fügeprozessparameter erlauben. Für die Post-Prozess-Prüfung konzentriert sich das Teilprojekt auf die Messbarkeitssteigerung durch Artefaktreduktion und die erstmalige Angabe einer Rissauflösungsgrenze für röntgencomputertomografische (CT) Messungen. Dabei werden die zerstörungsfreie Prüfung für qualitative Aussagen zur Fügepunktausbildung und die dimensionelle Messung zur Überprüfung der Fügebauteilgeometrie adressiert. Für die zerstörungsfreie Prüfung soll die Frage geklärt werden, welche Oberflächendefekte unter Berücksichtigung der metrologischen Strukturauflösung sowie der Interface-Strukturauflösung eindeutig identifizierbar sind. Für die dimensionelle Messung mit CT stellen Multimaterialbauteile aus dem Fügeprozess wegen der fehleranfälligen Oberflächenfindung sowohl an den inneren Grenzflächen als auch in Monomaterialbereichen im Hinblick auf die Messbarkeit bzw. erreichbare Genauigkeit eine bisher ungelöste Herausforderung dar. Unter Ausnutzung von intelligent gewählten Mehrfachmessungen sowie von simulativem Vorwissen soll eine Erfassung der inneren Grenzflächen sowie eine genauere Messung der Oberflächen erarbeitet werden. Die Post-Prozess- und In-Prozess-Messungen werden kombiniert, indem Auswirkungen von Prozessgrößen und deren Änderungen durch CT-Messungen untersucht werden. Am Ende können durch CT-Messungen die Gestalt und Schädigungen von Fügestellen, auch für abgewandelte Fügeprozesse, sicherer erfasst werden und die Erfassbarkeit a priori vorhergesagt werden. Mit Hilfe von Bayes-Filtern können die Prozessgrößen genauer gemessen und in Echtzeit Messunsicherheitsangaben zur Verfügung gestellt werden. -
Eine innovative Prüfmaschine für Heizen, Abschrecken, Ziehen, Drücken und Rissbildungsuntersuchungen von industrierelevanten Hochtemperaturlegierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Luftabsaugungstechnische Effizienzsteigerung in der Galvanik - Optimierte Luftführung mittels Abblas- und Saugvorrichtung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Luftabsaugungstechnische Effizienzsteigerung in der Galvanik - Optimierte Luftführung mittels Abblas- und Saugvorrichtung
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)In vielen kleineren und mittleren Galvanikbetrieben in Deutschland werden nach wie vor Handgalvaniken eingesetzt, etwa um Kleinserien effizient bearbeiten zu können oder um neue Verfahren zu testen. Hierbei sehen sich die Mitarbeiter stets den Dämpfen ausgesetzt, welche aus den Becken aufsteigen. Um eine zu hohe Giftstoffkonzentration der Hallenluft zu vermeiden, wird diese über zentrale Absauganlagen bis zu 20 Mal pro Stunde durch Frischluft ersetzt. Neben dem Energieaufwand für den Luftwechsel muss die Luft bei niedrigen Außentemperaturen zusätzlich energieintensiv vorgeheizt werden.
Das Ziel des zweijährigen Forschungsprojekts „Luftabsaugungstechnische Effizienzsteigerung in der Galvanik – Optimierte Luftführung mittels Abblas- und Saugvorrichtung (LEGOLAS)“ besteht darin, kontaminierte Luft direkt am Ort der Entstehung durch eine Kombination aus Abblas- und Saugvorrichtung vom Arbeiter und der Hallenluft fernzuhalten. Hierdurch verringert sich das zu tauschende Luftvolumen auf einen Bruchteil, die Hallenabsaugung kann mit deutlich geringerem Luftwechsel betrieben werden und die entsprechende Heizenergie zur Vorheizung kann drastisch verringert werden. Um dieses Ziel zu erreichen kooperiert der LS FAPS mit dem Galvanikanlagenhersteller Rauch Kunststoff- & Galvanotechnik GmbH (Projektkoordination) sowie den Oberflächenveredelungsbetrieben Zitt GmbH & Co. KG und Betz-Chrom GmbH sowie dem Lehrstuhl für umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth. Projektstart ist der 01.07.2019.
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Application of an IsoStretcher biomechatronics platform and engineering of a novel parallelized MultiStretcher technology for studies of cardiac mechano-signaling in HL-1 atrial cardiomyocytes
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2022The heart transforms electrical signals into mechanical action tocontinuously pump blood through our circulation. In reverse, mechanical stimuliduring active contraction or passive filling distention are sensed and modulateelectrical signals through so called cardiac mechano-electric feedback(MEF)[1]. The MEF involves complex activation of mechanical biosensorsinitiating short-term and long-term effects through Ca2+ signals incardiomyocytes in acute and chronic pressure overload scenarios (e.g. heartfailure). How mechanical forces alter cardiac function at the molecular levelremains unknown. In this innovative project, we aim to study how definedmechanical stimuli (stress) deform the cell membrane (strain) leading toactivation of mechanosensitive channels (MSC), including the recentlydiscovered family of Piezo channels[3] suspected to play a major role indevelopment of cardiac hypertrophy and heart failure[2]. We will first focus onthe murine immortalised atrial cardiomyocytes HL-1 cell line to investigate Ca2+signalling through aberrantly activated MSC and subsequent MEF before studyingmammalian adult ventricular cardiomyocytes. One part of this internationalcollaborative project consists in redesigning an existing IsoStretcher biomechatronics system[4] into a next generation MultiStretcher system for scaling uphigh-content screening of cellular signalling pathways and control ofbiological batch-to-batch variation. While the engineering of this parallelizedMultiStretcher will be carried out at the institution (Medical BiotechnologyInstitute at Friedrich Alexander University, FAU, Erlangen-Nürnberg) by theteam of Prof Oliver Friedrich, our long-standing collaborator and internationalco-investigator on this project, the application of the Iso- and MultiStretcherfor investigations of MEF-related cell biology and pharmacology will be carriedout at the Victor Chang Cardiac Research Institute (VCCRI). The systemtechnology will be transferred to VCCRI for the ongoing support of cardiacmechanotransduction research.
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Charakterisierung der molekularen Diffusion in Flüssigkeiten mit gelösten Gasen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Projektsoll das Verständnis der molekularen Diffusion in aus Flüssigkeiten und daringelösten Gasen bestehenden binären Gemischen weiter vertiefen. Die nochandauernden Untersuchungen innerhalb der ersten Förderperiode zeigen, dassExperimente auf Basis der dynamischen Lichtstreuung (DLS) undmolekulardynamische Simulationen (MDS) für die Charakterisierung des diffusivenStofftransports in solchen Systemen im makroskopischen thermodynamischenGleichgewicht geeignet sind. Während die DLS über die Analyse von mikroskopischenstatistischen Konzentrationsfluktuationen Zugang zum FickschenDiffusionskoeffizienten D11 liefert, wird dieser in Gleichgewichts-MDS über dieKombination von kinetischen und strukturbezogenen Beiträgen in Form des Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizientenund des thermodynamischen Faktors bestimmt. Es wurde gezeigt, dass die per DLS bestimmten D11-Daten für Flüssigkeiten mit darin nahezu unendlich verdünntem,gelöstem Gas mit den per MDS berechneten Selbstdiffusionskoeffizienten dergelösten Gase übereinstimmen. Neu identifizierte Beziehungen zwischen Gaseigenschaftenund Diffusionsdaten erlaubten die Entwicklung einer einfachen Korrelation fürdie Tracer-Diffusionskoeffizienten von Gasen in n-Alkanen. Über den gesamten Konzentrationsbereich desModellsystems n-Hexan/CO2 bestimmte Diffusionsdaten geben ersteHinweise auf den Einfluss der Flüssigkeitsstruktur. Das primäre Ziel derbeantragten zweiten Förderperiode ist ein noch umfassenderer Erkenntnisgewinnbezüglich diffusionsrelevanter Struktur-Eigenschafts-Beziehungen durch eine systematischeErweiterung der untersuchten Gas- und Flüssigkeitsklassen. Vorgesehenist eine breite Variation von molarer Masse, Größe und Polarität der Gase sowieder Kettenlänge, Verzweigung und Oxidationsgrad azyklischer bzw. der Hydrierungzyklischer Verbindungen mit meist gleicher Kohlenstoffatomanzahl auf derFlüssigkeitsseite. Die Leistungsfähigkeit der MDS für die Vorhersage von D11soll durch Vergleich mit den experimentellen Daten für die zusätzlichen Systemeerneut getestet werden. Basierend auf allen gewonnenen Daten sowie Einblicken indie Flüssigkeitsstruktur aus der MDS soll das grundlegende Verständnis derEinflüsse der Flüssigkeits- und Gaseigenschaften auf die Ficksche Diffusion vertieftwerden. Diese Einflüsse können im Bereich nahezu unendlicher Verdünnunggetrennt für Flüssigkeiten und Gase untersucht werden. KonzentrationsabhängigeStudien liefern Informationen über kinetische Aspekte und Effekte vonFlüssigkeitsstrukturen, wobei letztere mit Ergebnissen aus derRaman-Spektroskopie abgeglichen werden sollen. Mit den gewonnenen Erkenntnissenwird die Aufstellung quantitativer Beziehungen zwischen den verschiedenen Artenvon Diffusionskoeffizienten für ideale und nicht-ideale binäre Systeme angestrebt,die zur Entwicklung von umfassenden Vorhersageansätzen für FickscheDiffusionskoeffizienten für Flüssigkeiten mit darin gelösten Gasen genutztwerden.
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Haftfeste CVD-Diamantschichten auf Gleitringen aus Stahl
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Adaptive und parallele Algorithmen zur Lösung partieller
Differentialgleichungen mit variablen Koeffizienten auf dünnen
Gittern(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 29. Juni 2019 - 9. Dezember 2022
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
Processing Heterogeneous Assets and Resources to discover Ontologies and Semantics
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Juni 2019Der Zweck des Semantic Web ist es, den weltweiten Zugang zum Wissen der Menschheit in maschinenverarbeitbarer Form zu ermöglichen. Ein großes Hindernis dabei ist, dass Wissen oft entweder inkohärent repräsentiert oder gar nicht externalisiert und nur in den Köpfen von Menschen vorhanden ist. Der Aufbau eines Wissensgraphen und die manuelle Erstellung und Fortschreibung einer Ontologie durch einen Domänenexperten ist eine mühsame Arbeit, die einen großen initialen Aufwand erfordert, bis das Ergebnis verwendet werden kann. Infolgedessen wird vieles Wissen dem Semantic Web oft nie zur Verfügung gestellt werden. Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung eines neuen Ansatzes zum Aufbau von Ontologien aus implizitem Benutzerwissen, das in verschiedenen Artefakten wie Anfrageprotokollen oder Nutzerverhalten verborgen ist.
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Kombinierte Iterative Rekonstruktion und Bewegungskompensation für die Optische Kohärenz Tomographie-Angiographie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Koinduktion und Algebra in der Axiomatisierung und Algorithmik von Systemäquivalenzen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Ein mechano-geometrischer Ansatz zu Charakterisierung makromolekularer Ensembles
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Vielantennensendeempfänger mit effizienter Hardware
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Verfahrenstechnische Optimierung des Emissionsverhaltens und wirtschaftliche Evaluierung kleinskaliger Wirbelschichtfeuerungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Emissionsarme kleinskalige Wirbelschichtfeuerungen zur Verbrennung von biogenen Reststoffen
Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)Wirbelschichtfeuerungen sind aufgrund ihrer Brennstoffflexibilität prädestiniert dazu, das energetische Potential bislang ungenutzter biogener Reststoffe aus Forst- und Landwirtschaft zu erschließen.
In den vergangenen Jahren entstand am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik das innovative Anlagenkonzept einer 30 kW Mikro-Wirbelschichtfeuerung zur Kraft-Wärme-Kopplung. Als Arbeitsmaschine kommt hierbei ein Stirlingmotor zum Einsatz, dessen Tauchheizflächen direkt in die Wirbelschicht integriert wurden.
Das Projekt SmartWirbelschicht adressiert die verfahrenstechnische Weiterentwicklung dieses Konzepts durch die gekoppelte Simulation der partikelbeladenen Wirbelschicht und der darüber befindlichen Gasphase. Darüber hinaus soll die SNCR-Technologie integriert und experimentell demonstriert werden. Durch diese Sekundärmaßnahme zur NOx-Minderung, kann das Brennstoffband um Reststoffe hohen N2-Gehalts erweitert werden. Neben der simulativen und experimentellen Weiterentwicklung sollen zudem Einsatzszenarien der Wirbelschichtfeuerung, losgelöst vom Konzept der KWK, im Rahmen einer wirtschaftlichen Betrachtung identifiziert und Partner für zukünftige Demonstrationsanlagen gewonnen werden.
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Deep-Learning basierte Segmentierung und Landmarkendetektion auf Röntgenbildern für unfallchirurgische Eingriffe
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 6. Mai 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Solar-Biomass Reversible energy system for covering a large share of energy needs in buildings
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Solar-Biomass Reversible energy system for covering a large share of energy needs in buildings
Laufzeit: 1. Mai 2019 - 30. April 2023
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Regelungsentwicklung und Analyse
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Agentensysteme zur intelligenten und robusten Steuerung komplexer Energiesysteme in Nichtwohngebäuden als Bestandteil des übergeordneten Energiesystems (AGENT)
Laufzeit: 1. Mai 2019 - 30. April 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Ziel des Nürnberger Startups BASEMATE ist die Entwicklung eines Application Builders zur einfachen Entwicklung professioneller Software. Dafür wird die eigens entwickelte und innovative BASEMATE-Technologie eingesetzt.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2019 - 30. April 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Entwicklung intelligenter neuronaler Netze zur Schrifterkennung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung intelligenter neuronaler Netze zur Schrifterkennung
Laufzeit: 1. Mai 2019 - 30. April 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Formale Verifikation in der Fertigungsautomatisierung (Projektabschnitt B1)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. April 2019 - 14. April 2020
Mittelgeber: Siemens AG -
Digital Sports Hub: Ein Beitrag des deutschen Spitzensports für eine smarte Gesundheitsförderung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. April 2019 - 15. Oktober 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/digital-sports-hub/Der Digital Sports Hub ist eine vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projektinitiative. Dahinter steckt ein ganzes Team aus dem Institut für experimentelle Psychophysiologie GmbH, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit dem Lehrstuhl Maschinelles Lernen und Datenanalytik, dem Bundesinstitut für Sportwissenschaft, Wearables Technology, SAP, der Innovationsmanufaktur GmbH und Medical Valley. Das Ziel des Digital Sports Hub ist der Aufbau eines deutschen Ökosystems und Industrial Sports-Data Space für präventionsbezogene Sport-, Fitness- und Gesundheitsdaten. Kernidee ist der für KI-Geschäftsmodelle optimierte Aufbau einer umfassenden auf Spitzen- und Breitensportdaten basierenden Datenbank. Zu diesem Zweck werden bestehende Spitzensport-Datenbanken qualitätsgesichert aufbereitet sowie neue Schnittstellen geschaffen, um den Aufbau von neuen (semi-)professionellen Nutzerdatenbanken zu erleichtern. Neben diesem Mehrwert werden für Citizen-Science-Projekte und KMUs Schnittstellen und Services vereinfachter KI Analytics Tools bereitgestellt, um effizient Gesundheits- und Fitnessdaten-Geschäftsmodelle aufbauen zu können. Flankierend ermöglichen breite Akteurs- und Stakeholder-Netzwerkaktivitäten eine wichtige Standardisierungs- und Normierungsfunktion, aber auch gesellschaftliche Akzeptanz im Bereich personenbezogener Fitness- und Gesundheitsdaten. Die Inkubatorfunktion der Vernetzungsaktivitäten des Digital Sports Hub stärkt die Effizienz- und Wertschöpfungspotenziale deutscher (und europäischer) Unternehmen und dient als Treiber für innovative Wertschöpfungsketten im Bereich digitaler Sport-, Fitness- und Gesundheitsdaten. Zusammenfassend ist demnach die Bereitstellung, der sichere Datenaustausch und die einfache Kombination und Einbindung in Wertschöpfungsnetzwerke eine Voraussetzung für smarte Services, innovative Leistungsangebote und automatisierte Geschäftsprozesse in der Sport-, Fitness- und Präventionswirtschaft.
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Erfolgsmethoden zum Management von Open-Source-Gemeinden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Improving multi-modal quantitative SPECT with Deep Learning approaches to optimize image reconstruction and extraction of medical information
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. April 2019 - 30. April 2022This project aims to improve multi-modal quantitative SPECT with Deep Learning approaches to optimize image reconstruction and extraction of medical information. Such improvements include noise reduction and artifact removal from data acquired in SPECT.
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Advancing osteoporosis medicine by observing bone microstructure and remodelling using a four-dimensional nanoscope
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2025
Mittelgeber: European Research Council (ERC)
URL: https://cordis.europa.eu/project/id/810316Due to Europe's ageing society, there has been a dramatic increase in the occurrence of osteoporosis (OP) and related diseases. Sufferers have an impaired quality of life, and there is a considerable cost to society associated with the consequent loss of productivity and injuries. The current understanding of this disease needs to be revolutionized, but study has been hampered by a lack of means to properly characterize bone structure, remodeling dynamics and vascular activity. This project, 4D nanoSCOPE, will develop tools and techniques to permit time-resolved imaging and characterization of bone in three spatial dimensions (both in vitro and in vivo), thereby permitting monitoring of bone remodeling and revolutionizing the understanding of bone morphology and its function.
To advance the field, in vivo high-resolution studies of living bone are essential, but existing techniques are not capable of this. By combining state-of-the art image processing software with innovative 'precision learning' software methods to compensate for artefacts (due e.g. to the subject breathing or twitching), and innovative X-ray microscope hardware which together will greatly speed up image acquisition (aim is a factor of 100), the project will enable in vivo X-ray microscopy studies of small animals (mice) for the first time. The time series of three-dimensional X-ray images will be complemented by correlative microscopy and spectroscopy techniques (with new software) to thoroughly characterize (serial) bone sections ex vivo.
The resulting three-dimensional datasets combining structure, chemical composition, transport velocities and local strength will be used by the PIs and international collaborators to study the dynamics of bone microstructure. This will be the first time that this has been possible in living creatures, enabling an assessment of the effects on bone of age, hormones, inflammation and treatment.
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Advancing osteoporosis medicine by observing bone microstructure and remodelling using a fourdimensional nanoscope
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Advancing osteoporosis medicine by observing bone microstructure and remodelling using a fourdimensional nanoscope
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2025
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Entwicklung einer Nah-Infrarot (NIR) Heizvorrichtung zur Verringerung der Schichtbauzeiten im Electron Beam Melting Verfahren (EBM)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Entwicklung einer Methode zur anwendungsspezifischen Parametrierung der Formluft-Impact Technologie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Der jährliche europäische Kunststoffverbrauch lag 2016 bei 50 Mio. Tonnen (40 % Verpackungen). Um einen schonenden Umgang mit unseren natürlichen Ressourcen zu gewährleisten, besteht ein vielversprechender Ansatz in der Minimierung des notwendigen Materialeinsatzes bei gleichbleibender Funktionalität. Ein häufig eingesetztes Verfahren, z.B. zur Herstellung von Verpackungen ist das Thermoformen. Mit Hilfe des Thermoformens können insbesondere dünnwandige Formteile hergestellt werden, wobei sich diese durch erhebliche Materialdickenunterschiede auszeichnen. Aus diesem Grund besteht von Seiten der KMU-geprägten kunststoffverarbeitenden Industrie, sowie des Werkzeug- und Maschinenbaus der Bedarf nach innovativen Technologien zur Reduktion des Materialeinsatzes.
Im vorangegangenen Projekt (IGF: 18536 BG) wurde nachgewiesen, dass mit Hilfe der Formluft-Impact-Technologie (FIT) eine Erhöhung der lokalen Wanddicke um bis zu 190 % im Vergleich zu konventionellen Technologien erreicht werden kann. Auf Basis dieser Erkenntnisse ist das Hauptziel des vorgeschlagenen Forschungsprojektes eine Methode zur Parametrierung der Technologie und ein Konzept zur Integration von FIT in bestehende Maschinen zu entwickeln.
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Modulare verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer nachbaraffiner Systeme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Steigende Anforderungen an die Effizienz und Flexibilität moderner Automatisierungs- und Regelungssysteme erfordern einen ganzheitlichen Ansatz für den Aufbau und die Regelung des Gesamtsystems, der über den isolierten Reglerentwurf für einzelne Subsysteme hinausgeht. Dezentrale und verteilte Regelungsansätze versuchen diesem ganzheitlichen Anspruch Rechnung zu tragen, indem wechselseitige Abhängigkeiten der einzelnen Elemente eines zu regelnden Systems im Modellierungsprozess abgebildet und beim Entwurf der Regelstrategie explizit berücksichtigt werden.
In diesem Umfeld hat sich die modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control - MPC) als geeignet erwiesen. Im Kern basiert MPC auf der Lösung eines Optimalsteuerungsproblems über einem endlichen Horizont, das gemäß der Abtastrate des Systems iterativ gelöst wird. Eine Erweiterung von MPC für verteilte bzw. gekoppelte Systeme stellt die verteilte modellprädiktive Regelung dar, bei der jedem Subsystem ein lokaler modellprädiktiver Regler (Agent) zugeordnet wird.
In diesem Forschungsprojekt wird ein verteiltes modellprädiktives Regelungsverfahren für nichtlineare, gekoppelte Systeme entwickelt, bei dem jeder MPC-Agent ein Modell seiner Nachbarschaftsdynamik berücksichtigt und somit das dynamische Verhalten der an das entsprechende Subsystem gekoppelten Nachbarsysteme antizipieren kann, um die Konvergenzeigenschaften und Robustheit des Gesamtalgorithmus maßgeblich zu verbessern. Neben der Entwicklung und mathematischen Untersuchung dieser Methodik stellt ein weiteres Ziel des Antrages die numerische und experimentelle Umsetzung des verteilten Regelungsansatzes dar. Insbesondere ist die Entwicklung eines modularen Rahmenwerks geplant, das die einfache Konfiguration und Änderung der Kopplungsstruktur für geeignete Systemklassen ermöglicht.
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Nachgiebigkeit für ein Roboterassistenzsystem
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 30. September 2022
Mittelgeber: Industrie -
Novel Biopolymer Hydrogels for Understanding Complex Soft Tissue Biomechanics
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
URL: https://www.biohydrogels.forschung.fau.de/Biological tissues such as blood vessels, skin, cartilage or nervous tissue provide vital functionality
to living organisms. Novel computational simulations of these tissues can provide insights
into their biomechanics during injury and disease that go far beyond traditional approaches. This
is of ever increasing importance in industrial and medical applications as numerical models will
enable early diagnostics of diseases, detailed planning and optimization of surgical procedures,
and not least will reduce the necessity of animal and human experimentation. However, the extreme
compliance of these, from a mechanical perspective, particular soft tissues stretches conventional
modeling and testing approaches to their limits. Furthermore, the diverse microstructure
has, to date, hindered their systematic mechanical characterization. In this project, we will, as a
novel perspective, categorize biological tissues according to their mechanical behavior and identify
biofabricated proxy (substitute) materials with similar properties to reduce challenges related
to experimental characterization of living tissues. We will further develop appropriate mathematical
models that allow us to computationally predict the tissue response based on these proxy
materials. Collectively, we will provide a catalogue of biopolymeric proxy materials for different
soft tissues with corresponding modeling approaches. As a prospect, this will significantly facilitate
the choice of appropriate materials for 3D biofabrication of artificial organs, as well as modeling
approaches for predictive simulations. These form the cornerstone of advanced medical
treatment strategies and engineering design processes, leveraging virtual prototyping. -
Modellierung und Simulation der Multi-Material-Verarbeitung metallischer Werkstoffe bei der strahlbasierten additiven Fertigung im Pulverbett
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 30. September 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Neuartige Hochtemperaturthermoplastpulver für das Laser-Sintern (LS) von Polymeren (HTTP-LS)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Neuartige Hochtemperaturthermoplastpulver für das Laser-Sintern (LS) von Polymeren (HTTP-LS)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Trajektorienplanung für Off-Road-Fahrzeuge
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: Industrie -
Dezentrale Bereitstellung von Systemdienstleistungen mit Elektrofahrzeugen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://zentrum-digitalisierung.bayern/initiativen-fuer-die-wissenschaft/graduate-program/graduate-fellowships/Im Rahmen der Energiewende werden zunehmend konventionelleKraftwerke, welche derzeit für die Stabilität im Stromnetz verantwortlich sind,vom Netz genommen. Um auch zukünftig Systemstabilität zu gewährleisten sindneue Konzepte notwendig. Dazu wird im Projekt ein Modell zur Beschreibung derFlexibilität von Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen entwickelt. Anhand vonSimulationen werden die Fähigkeit, die Zuverlässigkeit, die Grenzen und dieKosten der Erbringung von Systemdienstleistungen wie Regelleistung und Engpassmanagementmit Elektrofahrzeugen sowie Kombinationen teils konkurrierender Ziele fürdiverse Szenarien erforscht. Enger Kooperationspartner ist das StartUpChargingLedger, das Konzepte von der Simulation in die Anwendung bringt.
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Durchstrahlungssimulation für die Messunsicherheitsbestimmung beim Messen geometrischer Merkmale mittels Röntgen-Computertomografie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die industrielle Röntgen-Computertomographie (CT) ist in dergeometrischen Messtechnik die einzige Technologie, die sowohl innen- als auchaußenliegende Merkmale eines Werkstücks mit einer Messung zerstörungsfreimessen kann. Allerdings sind zur Angabe der Messunsicherheit für eine Messgrößenach Stand der Technik (VDI/VDE 2630 Blatt 2.1) zwanzig Wiederholmessungen ankalibrierten Werkstücken notwendig. Da die Messung mit realen CT Messgerätenzeit- und kostenintensiv ist, wird analog zur taktilen Koordinatenmesstechnikeine numerische Messunsicherheitsbestimmung durch Simulation angestrebt (vgl.VDI/VDE 2617 Blatt 7, GUM Supplement 1). Daher existiert ein großes Interessean Durchstrahlungs¬simulations¬software, um die Messaufgaben zu simulieren. DieSimulation bietet den Vorteil, dass sie sowohl zeitsparend als auch kosten- undressourceneffizient ist. Allerdings ist die Zuverlässigkeit der verschiedenenSimulationsumgebungen momentan nicht quantifizierbar. Für eine glaubwürdigeAnwendung von Simulationsumgebungen benötigen Anwender eine Beurteilungderselben- auch, um eine Norm- bzw. Richtliniensicherheit in der Praxissicherzustellen.
Das Ziel dieses Projekts ist es daher, einenRichtlinienentwurf VDI/VDE 2630 Blatt 2.2 "Basis¬qualifi-zierung vonSoftwaresystemen für die Simulation geometrischer Messungen mitRöntgen-Computertomografie" zu erstellen. Auf dieser Basis soll es möglichsein, die Eignung von Simulations¬umgebungen zur Ermittlung deraufgabenspezifischen Messunsicherheit zu bewerten. Dazu wird ein Testframeworkentwickelt, mit welchem Durchstrahlungs¬simulations¬softwares basisqualifiziertwerden können. Eine Basisqualifizierung bezeichnet hierbei eine Qualifizierungim Hinblick auf typische, als relevant empfundene Messszenarien.
Zur Erstellung des Testframeworks sind mehrere Schrittenotwendig. Zuerst werden in einer Anforderungsanalyse die Anforderungen an dieverwendeten Simulationssoftwares festgelegt. Diese Anforderungen werden ineinem Lastenheft zusammengefasst. Für die Entwicklung des Testframeworks isteine Umsetzung der Anforderungen des Lastenhefts in konkrete Testszenariennotwendig. Hierfür müssen Referenzgeometrien und Referenzdatensätze erstelltwerden. Auf Basis der Simulationsergebnisse für die verschiedenen erstelltenTestszenarien muss eine Bewertung der entsprechenden Simulationssoftwareerfolgen. Für welche eine Bewertungsmatrix erarbeitet wird.
Das finale Testframework wird anschließend validiert, indemfür positiv bewertete Simulationssoftware ein Vergleich realer und simulierterMessdaten anhand der dimensionellen Messergebnisse vollzogen wird.
Zur Sicherung des normativen Charakters der Arbeit wird daraufgeachtet, dass diese Basisqualifizierung mithilfe des Testframeworks auch fürandere, nicht im Projekt repräsentierte Simulationssoftwaresysteme möglich ist.
Das Projekt wird in der Förderrichtlinie WIPANO,administriert durch den Projektträger Jülich und finanziert durch dasBundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses desdeutschen Bundestages, unter dem Förderkennzeichen 03TNH026A gefördert.
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Connecting digital mobility assessment to clinical outcomes for regulatory and clinical endorsement
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2024
Mittelgeber: Europäische Union (EU)
URL: http://www.mobilise-d.eu/Optimal treatment of the impaired mobility resulting from ageing and chronic disease is one of the 21st century's greatest challenges facing patients, society, governments, healthcare services, and science. New interventions are a key focus. However, to accelerate their development, we need better ways to detect and measure mobility loss. Digital technology, including body worn sensors, has the potential to revolutionise mobility assessment. The overarching objectives of MOBILISE-D are threefold: to deliver a valid solution (consisting of sensor, algorithms, data analytics, outcomes) for real-world digital mobility assessment; to validate digital outcomes in predicting clinical outcome in chronic obstructive pulmonary disease, Parkinson’s disease, multiple sclerosis, proximal femoral fracture recovery and congestive heart failure; and, to obtain key regulatory and health stakeholder approval for digital mobility assessment. The objectives address the call directly by linking digital assessment of mobility to clinical endpoints to support regulatory acceptance and clinical practice. MOBILISE-D consists of 35 partners from 13 countries with long, successful collaboration, combining the requisite expertise to address the technical and clinical challenges. To achieve the objectives, partners will jointly develop and implement a digital mobility assessment solution to demonstrate that real-world digital mobility outcomes can successfully predict relevant clinical outcomes and provide a better, safer and quicker way to arrive at the development of innovative medicines. MOBILISE-D's results will directly facilitate drug development, and establish the roadmap for clinical implementation of new, complementary tools to identify, stratify and monitor disability, so enabling widespread, cost-effective access to optimal clinical mobility management through personalised healthcare.
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SPP 2074 Grundlagen für die verbesserte Gebrauchsdauerberechnung feststoffgeschmierter Wälzlager durch Multiskalen-Untersuchungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://www.uni-kl.de/spp2074/projekte/projekt-11/Im Rahmen dieses Projektes sollen die Grundlagen für eine verbesserte Gebrauchsdauerberechnung für feststoffgeschmierte, insbesondere MoS2-geschmierte Wälzlager geschaffen werden. Solche feststoffgeschmierten Lager finden sich beispielsweise in Vakuumpumpen oder Drehanoden für medizinische Röntgenröhren. Das einzige bisher bekannte Gebrauchsdauerberechnungsmodell basiert auf einem empirischen Ansatz, der die Materialabtragsrate auf Basis makroskopischer Kontaktgrößen wie Kraft oder Gleitweg beschreibt. Wichtige Effekte, wie Schichttransfer und -auftrag werden dabei nur bedingt oder nicht berücksichtigt. Gegenüber dem Stand der Forschung wird für das angestrebte Berechnungsmodell ein stärker mechanismenbasierter Ansatz herangezogen, der den Einfluss der Mikrostruktur, Textur und Stöchiometrie der Schicht berücksichtigt. Dadurch lassen sich die empirischen Anteile im Berechnungsmodell auf ein Minimum reduzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen einerseits die Elementarmechanismen, die zur Veränderung der Schichteigenschaften während der Wälzbeanspruchung führen, aufgeklärt und andererseits ihre Auswirkungen auf das Abtrags-, Transfer- und Auftragsverhalten der Festschmierstoffschicht verstanden werden. Dafür kommen aufeinander abgestimmte Charakterisierungs- und Simulationsmethoden auf mehreren Skalen zum Einsatz. Als gemeinsame Basis werden zwei unterschiedliche MoS2-PVD-Schichten herangezogen, eine möglichst stark basal texturierte Schicht mit grober Mikrostruktur sowie eine schwach texturierte Schicht mit feiner, stängelkristalliner Mikrostruktur. Auf der Makroskala wird das tribologische Verhalten dieser Schichten gegenüber Stahl unter realitätsnahen Bedingungen in Zwei-Scheiben-Versuchen charakterisiert. Die strukturellen und kristallographischen Veränderungen dieser Schichten werden auf der Mikro- und Nanoskala durch elektronenmikroskopische und atomsondentomographische Messungen als Funktion der Beanspruchungsdauer untersucht. Verformungs- und Abtragsprozesse werden außerdem durch mikromechanische Experimente charakterisiert. Atomistische Simulationen klären die zugrundeliegenden atomaren Mechanismen, die für die beobachteten Schichteigenschaftsänderungen verantwortlich sind und schließlich die Gebrauchsdauer bestimmen. Dank dieser neuen Erkenntnisse soll schließlich ein mechanistisches Gebrauchsdauermodell für MoS2-geschmierte Wälzlager formuliert werden.
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Vorhersage und Reduktion von Schadstoffemissionen in Biomassefeuerungen durch Einsatz intelligenter Regler
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Vorhersage und Reduktion von Schadstoffemissionen in Biomassefeuerungen durch Einsatz intelligenter Regler
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) -
ICONOGRAPHICS: Computational Understanding of Iconography and Narration in Visual Cultural Heritage
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021The interdisciplinary research project Iconographics is dedicated to innovative possibilities of digital image recognition for the arts and humanities. While computer vision is already often able to identify individual objects or specific artistic styles in images, the project is confronted with the open problem of also opening up the more complex image structures and contexts digitally. On the basis of a close interdisciplinary collaboration between Classical Archaeology, Christian Archaeology, Art History and the Computer Sciences, as well as joint theoretical and methodological reflection, a large number of multi-layered visual works will be analyzed, compared and contextualized. The aim is to make the complex compositional, narrative and semantic structures of these images tangible for computer vision.
Iconography and Narratology are identified as a challenging research questions for all subjects of the project. The iconography will be interpreted in its plot, temporality, and narrative logic. Due to its complex cultural structure; we selected four important scenes:
- The Annunciation of the Lord
- The Adoration of the Magi
- The Baptism of Christ
- Noli me tangere (Do not touch me)
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Anwendung von atmosphärischer kalter Plasma-Technologie auf Weizenmehl mit anschließender Quantifizierung der Auswirkungen auf die Netzwerkfunktionalität von Teigen und Qualität von Backerzeugnissen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die Qualität von Mehl unterliegt insbesondere hinsichtlich seiner funktionellen Eigenschaften natürlichen Schwankungen. Um diese zu kompensieren bzw. um die Mehlqualität und -funktionalitätzu verbessern, ohne dabei nährwertbezogene und sensorische Charakteristika zu beeinträchtigen, wurde bereits eine Vielzahl an Mehlbehandlungsverfahren (Oxidationsmittel, oxidierende Enzyme, Autoklaven, Mikrowellen-, IR-und UV-Technik) untersucht. Die für die Nutzung dieser Verfahren z. T. erforderlichen,aufwändigen Verarbeitungs-schritte und die damit verbundenen Kosten stehen einem Einsatz der meisten dieser Behandlungsmethoden jedoch entgegen. Eine Alternative, insbesondere zur Verwendung chemischer Oxidationsmittel, könnte sich durch den Einsatz atmosphärischen kalten Plasmas bieten. Kaltes Plasma erfordert nur einen geringen Energieeinsatz(0,19 W/cm²) und ist rückstandsfrei.Voruntersuchungen mit diesem Verfahren zeigten eine Verbesserung der elastischen und viskosen Eigenschaften von Mehlen und hieraus resultierend Verbesserungen in der Netzwerkfunktionalität, der optimalen Knetzeit und der rheologischen Eigenschaften von Teigen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, aufbauend auf diesen Voruntersuchungen ein Betriebsfenster für eine Anwendung der kalten Plasma-Technologie bei Mehl zu ermitteln. Hierfür ist ein Versuchsstand vorgesehen bestehend aus einem rotierenden Zylinder mit Elektroden, der so gestaltet ist, dass die Plasmabehandlung des Mehlsüber verschiedene Parameter (Plasmaeinheit: Behandlungsdauer, Drehgeschwindigkeit, Leistung und Elektrodenabstände; Probenmaterial: Mehltype, Qualitätssorte) eingestellt werden kann. Es werden die Auswirkungen der Plasmabehandlung auf die Funktionalität von resultierenden Teigen sowie auf die Qualität der Backerzeugnisse untersucht.
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Domänenmodellierung Mittels Qualitativer Datenanalyse
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Big Data of the Past for the Future of Europe
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: TIME MACHINE : BIG DATA OF THE PAST FOR THE FUTURE OF EUROPE
Laufzeit: 1. März 2019 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Filterbanksysteme für die Interferenzunterdrückung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 31. August 2020
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Erforschung der Oberflächenpräparation und der Rückgewinnung von Aluminiumnitrid-Substraten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2022
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Zielsetzung ist die Entwicklung neuartiger Prozesse zur Oberflächenbearbeitung und zurWafer-Rückgewinnung („Wafer-Reclaim“) von einkristallinen Aluminiumnitrid (AlN)Substraten für die industrielle Herstellung von UVC Leuchtdioden.
DasProjekt adressiert hierbei fundamentale Problemstellungen zur Oberflächenpräparationder AlN Substrate, die als limitierende Faktoren für die Ausbeute undZuverlässigkeit von Bauelemente identifiziert wurden. Weiterhin liefert dieEntwicklung einer Wafer-Rückgewinnung der AlN Substrate einen entscheidendenBeitrag zur notwendigen Kostenreduktion bei der industriellen LED Produktion,um den UVC LED Markt voll zu erschließen. Das Vorhaben leistet einenwesentlichen Beitrag zur langfristigen Stärkung des WirtschaftsstandortesBayern und die nationale und internationale Wettbewerbsfähigkeit bayerischerBetriebe bei der Entwicklung opto-elektronischer Systeme für die Entkeimung undUmweltanalytik.
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Advanced C++ Programming/ Fortgeschrittene C++ Programmierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule BayernAufbauend auf dem vhb-Kurs "Programmierung in C++" soll der Kurs "Fortgeschrittene Programmierung in Advanced C++" weiterführende Themen der Programmiersprache C++ behandeln. Schwerpunkt sind dabei vor allem neuere Konzepte die im Ramhen des C++11 und späterer Standards eingeführt wurden. Der Kurs soll damit speziell auf weiterführende Lehrveranstaltungen im Masterprogramm in Erlangen wie z.B. "Advanced Programming Techniques" vorbereiten.
A.2 Test-Driven Development
B.Der C++11/14/17 Standard
1. Automatic type deduction and decltype
2. Uniform initialization syntax
3. Lambda expressions
4. Rvalue references
5. New class features
6. C++11/14/17 Standrad Libary
7. Smart Pointers
8. Variadic Templates
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Störgeräuschreduzierung für Hörgeräte mittels Deep Learning
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2022
Mittelgeber: Industrie
Die Reduzierung unerwünschter Umgebungsgeräusche ist ein wichtiges Merkmal heutiger Hörgeräte. Daher ist die Lärmreduzierung heute in fast jedem handelsüblichen Gerät enthalten. Die Mehrheit dieser Algorithmen beschränkt sich jedoch auf die Reduzierung von stationären Geräuschen. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Hintergrundgeräusche im Alltag ist es schwierig, heuristische Lösungen für alle Geräuschkulissen zu finden. Deep learning basierte Algorithmen stellen eine mögliche Lösung für dieses Dilemma dar, aber manchmal fehlt es ihnen an Robustheit und Anwendbarkeit im strengen Kontext von Hörgeräten.
In diesem Projekt untersuchen wir mehrere deep learning Methoden zur Störgeräuschreduzierung unter den Bedingungen moderner Hörgeräte. Dies beinhaltet eine Signalverarbeitung mit geringer Latenzzeit sowie den Einsatz einer im Hörgerät eingesetzten Filterbank. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die Robustheit der entwickelten Methoden. Daher werden die Verfahren mit reale Rauschsignale getestet, die mit Hörgeräten aufgenommen wurden. -
FE-basierte Rückfederungsvorhersage von Blechumformprozessen aus Leichtbauwerkstoffen unter Berücksichtigung der anisotropen Verfestigung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: http://www.lft.uni-erlangen.de/index.php/de/forschung/projekte?view=projekt&layout=default&id=267Leichtbaumaßnahmen ermöglichen eine Reduzierung des Gewichts von Verkehrsmitteln und liefern somit einen Beitrag, um die wachsenden Anforderungen an niedrigere Emissionswerte und einer Steigerung der Nutzlast zu erfüllen. Deshalb sind insbesondere Leichtbauwerkstoffe, wie Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen, in der Automobilindustrie und Luftfahrt von Bedeutung. Da Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur über ein begrenztes Formänderungsvermögen verfügen, werden diese vor allem bei erhöhten Temperaturen umgeformt. Des Weiteren haben vorhergehende Untersuchungen aufgezeigt, dass diese Werkstoffe anisotrop verfestigen und unter Zug-Druck-Belastung ein temperaturabhängiges asymmetrisches Werkstoffverhalten aufweisen. Nach dem aktuellen Stand der Forschung sind neue Ansätze erforderlich, um das asymmetrische Verfestigungsverhalten von Magnesium- und höherfesten Aluminiumlegierungen mittels geeigneter Materialmodelle abbilden zu können.
In diesem Forschungsprojekt werden deshalb ausgewählte Magnesium- und höherfeste Aluminiumlegierungen hinsichtlich der anisotropen Verfestigung und des zug-druck-asymmetrischen Werkstoffverhaltens untersucht. Mithilfe isothermer Kalt- und Halbwarmversuche zwischen der Raumtemperatur und 200°C werden relevante Werkstoffkennwerte ermittelt, um Stützstellen für ein Werkstoffmodell bereitzustellen. Zur Charakterisierung der Werkstoffkennwerte werden uniaxiale Zug- und Druckversuche sowie Scherzug- und hydraulische Tiefungsversuche durchgeführt. Nach dem Stand der Forschung sind die Zusammenhänge zwischen der Gefügestruktur und der Zug-Druck-Asymmetrie von höherfesten Aluminiumlegierungen unzureichend bestimmt. Deshalb werden die uniaxialen Zug- und Druckversuche zudem metallographisch analysiert, um die Veränderung des Gefüges nach einer Zug- bzw. Druckbelastung zu erfassen. Das Werkstoffverhalten wird anhand der zuvor experimentell ermittelten Stützstellen modelliert, indem geeignete Fließkriterien ausgewählt, identifiziert und hinsichtlich der Abbildungsgenauigkeit klassifiziert werden. Dabei wird das identifizierte Materialmodell sowohl um die anisotrope Verfestigung als auch um die Temperaturabhängigkeit erweitert und mittels eines Referenzmodells bewertet. Das erweiterte Werkstoffmodell wird in eine industrienahe Simulationsumgebung implementiert und anschließend durch den Vergleich mit den experimentell ermittelten Fließkurven verifiziert. Zur Validierung des entwickelten Werkstoffmodells wird der reale Rückfederungswinkel eines tiefgezogenen Kreuzprofils bestimmt und mit dem prognostizierten Rückfederungswinkel eines Simulationsmodells verglichen. Nachfolgend wird das erweiterte Materialmodell bezüglich der Vorhersagegenauigkeit des Rückfederungsverhaltens bewertet.
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Verbesserung der Teigstruktur von Roggenteigen mittels Anwendung von Hochleistungs-Ultraschall während Misch- und Knetphase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Bei der Fertigung von Backwaren aus nicht oder nur unzureichend gesäuerten Roggenteigen lassen sich in der Praxis vielfach unerwünschte Phänomene in der Backfähigkeit beobachten, die im Vergleich zu reinen Weizen-mehlteigen zu einer geringeren Elastizität des Teiges und zu einem geringeren Blasenbindungsvermögen führen. Dies äußert sich später im Endprodukt durch eine nicht elastische Krume, eine inhomogene Blasenvertei-lung im Brotlaib und eine ungenügende Schnittfähigkeit. Als eine der Ursachen wird eine störende Wirkung auf die Netzwerkbildung von Kleberproteinen durch den hohen Gehalt an Pentosanen bzw. Arabinoxylanen („Schleimstoffe“) im Roggen genannt. Besonders die wasserunlösliche Fraktion der Pentosane unterbindet eine Vernetzung der Kleberproteine durch eine räumliche Umlagerung derselben und durch den Entzug von Wasser, das zur Quellung der Kleberstruktur benötigt wird. Um diese Hemmung zu minimieren, werden in der Praxis durch Zugabe von Endolasen und Xylanasen jene Pentosane wasserlöslich gemacht, wodurch ebenfalls wieder mehr Wasser von den Pentosanen freigegeben wird. Allerdings müssen bei diesem Verfahren Reaktionszeit und Enzymkonzentration an den Teig angepasst werden, da die Menge an Lignin und Ferulasäure, die als Brückenbildner zwischen unlöslichen Arabinoxylanen und Zellwand fungieren, die Enzyme räumlich von den Erstgenannten fernhalten. Im Gegenzug muss eine zu lange Einwirkzeit vermieden werden, da sie sonst ein Zerfließen des Teigs nach sich zieht.
Alternativ versuchen Backbetriebe, über die Vernetzung der Stärke die fehlende Kleberwirkung zu kompensie-ren. Dies verlangt jedoch auch eine Ansäuerung des Teiges, um die Stärke vor einem enzymatischen Abbau durch die roggeneigenen Amylasen zu schützen und ihre Wasserbindung aufrecht zu erhalten. Beide Vorgehensweisen verlangen besondere Führungsbedingungen (Temperatur, pH, Zeit, Zugussmenge) und speziell bei Enzymen einen Verzicht auf Qualitätssiegel, wie Bio oder Demeter. Eine Alternative zur enzymatischen Behandlung von Teigen verspricht die Anwendung von Hochleistungsul-traschall. Je nach Wahl der Frequenz hat Ultraschall unterschiedliche Auswirkungen in einem viskoelastischen Körper. Bei niedrigen Frequenzen werden vermehrt kleine Kavitationen erzeugt, die durch Implosionen umgebende Partikel zerstören und in wässrigen Lösungen freie Radikale erzeugen können. Bei hohen Frequenzen werden hingegen Stoffströme geschaffen, die eine unterstützende Wirkung für enzymatische Reaktionen besitzen. Zwischen beiden Frequenzbereichen werden zusätzlich Resonanzverhaltensweisen von Partikeln und Blasen beobachtet, die in direkter Beziehung zwischen ihrer Größe und der Wellenschwingung stehen. Eine systematische Untersuchung einer derartigen Teigbehandlung wurde bislang noch nicht durchgeführt.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mittels einer Ultraschallbehandlung von Roggenteigen die Wasserauf-nahme und Quellung der Stärke und der Proteine zu verbessern und dadurch die Teigstruktur ohne Enzymadditive zu stärken. Hierdurch sollen auftretende Backfehler durch eine unzureichende oder fehlende Säuerung bei unterschiedlichen Roggenmehlanteilen im Teig kompensiert werden. -
Gestaltsynthese in der frühen Entwurfsphase (GestEn): Eine rechnerunterstützende Methode zur Modellierung von Vorentwürfen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/401324164?language=deUnterschiedliche Aspekte der Nutzung parametrischer 3D-CAD-Anwendungen, wie z. B. das "circumscribed thinking" oder die WIMP‑Bedienung, schränken die Kreativität des Produktentwicklers und damit auch den Gestaltungsspielraum der Vorentwürfe ein. Sie stellen somit aktuell kein optimales Werkzeug zur Gestaltsynthese in der frühen Entwurfsphase dar. Gleichzeitig birgt die frühe, rechnerunterstützte Gestaltung von Vorentwürfen jedoch ein hohes Potential für die Verbesserung der Produktqualität. Das Produkt sowie dessen Funktion und Qualität kann im Sinne des Frontloadings früher im Produktentwicklungsprozess abgesichert werden, falls die Geometrie - anders als bei der Verwendung von Handskizzen - in einer für Rechner verarbeitbaren Form vorliegt. Aus dieser Überlegung resultiert die Forschungsfrage dieses Vorhabens: Wie muss eine rechnerunterstütze Methode beschaffen sein, die den Produktentwickler in der frühen Entwurfsphase bei der kreativen Gestaltung von Geometrie unterstützt?Ein häufig verfolgter Ansatzpunkt ist die Nutzung natürlicher Interaktionsformen durch Virtual Reality. Obwohl einige Forschungsansätze zur Integration von CAD und VR – vor allem zur Erstellung von Freiformflächen – bestehen, wird sowohl der Interaktion durch rein natürliche, auf implizitem menschlichem Wissen basierenden Benutzungsschnittstellen als auch der Gestaltung von Vorentwürfen ausgehend von Wirkflächen und Wirkkörpern keine Aufmerksamkeit geschenkt.Daher ist das zentrale Ziel des zweijährigen Forschungsvorhabens, eine durchgängige Methode bereitzustellen, die eine frühere Rechnerunterstützung des Produktentwicklers bei der kreativen Erstellung von Gestaltstudien und Vorentwürfen durch ein funktionales Vorgehen im Sinne des VDI 2221 Schritt 5 ermöglicht. Diese Methode enthält einen Baukasten mit Gestaltungselementen, die als Grundbausteine zur Erstellung der Vorentwürfe dienen. Zur Interaktion mit den virtuellen Modellen wird die im Forschungsdemonstrator "i 3 VR" umgesetzte Benutzungsschnittstelle für natürliche Finger-Interaktion verwendet, welche am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik KTmfk der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt wurde. Um das oben genannte Kernziel zu erreichen, sind vier aufeinander aufbauende Unterziele notwendig, aus welchen sich die Inhalte der vier Arbeitspakete dieses Forschungsvorhabens ableiten. Der Aufbau des Arbeitsprogramms und der Arbeitspakete orientiert sich an der Design Research Methodology (DRM) von Blessing und Chakrabarti. Die wissenschaftliche Erkenntnis, die aus diesem Forschungsvorhaben gezogen werden soll, ist eine Aussage über die Eignung einer rechnerunterstützten Methode zur Gestaltsynthese von Vorentwürfen unter Verwendung natürlicher Interaktionsformen und stereoskopischer Darstellung.
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CAD-Features zur Beschreibung physischer Mensch-Maschine Interaktionen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Lernende Methoden mit Konfidenzmaß für die Digitalisierung manueller Arbeitsprozesse auf geringer Datengrundlage
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
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Verfahrenstechnische Optimierung des Pyrolyse-Reaktors zur Herstellung von Pflanzenkohlen mit gleichmäßiger Qualität und geringer PAK-Beladung durch geeignetes Temperaturmanagement und angepasster Luftzufuhr
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Pyrolyseofen
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll ein Reaktor zur Produktion von Pflanzenkohle entwickelt werden, der in der Lage ist, Pflanzenkohle direkt beim letztendlichen Verwerter vor Ort zu wirtschaftlichen Konditionen und ohne aufwendige Genehmigungsprozesse zu produzieren. Dabei soll die sog. direkte Pyrolyse in Zusammenhang mit der industriellen Herstellung von Pflanzenkohle erforscht und angewendet werden. Wesentlich dabei ist, den Produktionsprozess so zu gestalten, dass die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Pflanzenkohle ein Maximum an Nährstoffspeicherung ermöglichen und betrieblich maximalen Nutzen bringen. Dies soll durch wissenschaftliche Unterstützung zweier Hochschulen geschehen.
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Koinduktion und Algebra in der Axiomatisierung und Algorithmik von Systemäquivalenzen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Herstellung und Charakterisierung von Heterostrukturen aus 2D Materialien
(FAU Funds)
Laufzeit: 15. Januar 2019 - 14. Januar 2020
URL: https://www.fau.de/forschung/forschungseinrichtungen/emerging-talents-initiative/Die Forschung an neuen Materialien spielt einezentrale Rolle bei der Weiterentwicklung von elektronischen Bauelementen. Besondere Beachtungerfahren in der Wissenschaft derzeit sogenannte 2D-Materialien, welche im Vergleich zu Bulkmaterialiendeutliche Unterschiede hinsichtlich ihrer elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaftenaufweisen. Im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens sollen verschiedeneTechniken zur Herstellung von Heterostrukturen aus 2D-Materialien angewandtwerden. Im weiteren Vorgehen sollen hybride Stapel bestehend aus 2D-Materialienmit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt und optisch charakterisiertwerden. Hierfür kommt zur Bestimmung der Anzahl der Einzellagen des2D-Materials ein spezielles, im Rahmen von Vorarbeiten, entwickeltes Verfahrenzum Einsatz. Dieses ermöglicht eine großflächige, zerstörungsfreie und flexibleoptische Charakterisierung der 2D-Materialien.
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Teilprojekt P1 – Chemie an der Bruchspitze
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p1-chemistry-at-the-crack-tip/The chemical environment can critically affect the fracture processes, leading to subcritical crack growth. The inner surfaces of the cracks are covered by adsorbates from the surrounding liquid or gas phase. When bonds break in the course of crack propagation, these adsorbates strongly react with the newly created surfaces, for example, by saturating the broken bonds. Examples are stress corrosion cracking in metals and semiconductors or the moisture-driven crack growth in silica. In both cases, the crack propagation induces and drives the incorporation of oxygen species, leading to an oxidation/hydroxylation of the inner surfaces, which completely alters the chemistry at the crack tip.
In this project we propose to study the complex interplay between bond breaking at the crack tip and the adsorption/bond saturation with molecules from the environment by MD simulations. The aim is to obtain mechanistic insights into environmentally-assisted fracture for model ceramic materials.
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Teilprojekt P12 - Postdoctoral Project: Quantum-to-Continuum Model of Thermoset Fracture
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-12-postdoctoral-project-quantum-to-continuum-model-of-thermoset-fracture/Fracture is an inherently multiscale process in which processes at all length- and timescales can contribute to the dissipation of energy and thus determine the fracture toughness. While the individual processes can be studied by specifically adapted simulation methods, the interplay between these processes can only be studied by using concurrent multiscale modelling methods. While such methods already exist for inorganic materials as metals or ceramics, no similar methods have been established for polymers yet.
The ultimate goal of this postdoc project is to develop a concurrent multiscale modelling approach to study the interplay and coupling of process on different length scales (e.g. breaking of covalent bonds, chain relaxation processes, fibril formation and crazing at heterogeneities,…) during the fracture of an exemplary thermoset and its dependence on the (local) degree of cross-linking. In doing so, this project integrates results as well as the expertise developed in the other subprojects and complements their information-passing approach.
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Rissbildung in Nanopartikel-Polymer Kompositen: von der Nano- zur Mesoskala
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-3-fracture-in-polymer-composites-nano-to-meso/The abrasion and fracture toughness of polymers can considerably be increased by adding hard nanoparticles such as silica. This is mainly caused by the development of localized shear bands, initiated by the stress concentrations stemming from the inhomogeneity of the composites. Other mechanisms responsible for toughening are debonding of the particles and void growth in the polymer matrix. Both phenomena strongly depend on the structure and chemistry of the polymers and shall be explored for branched networks (epoxy) and matrices of nestled fibres (cellulose, aramid).
The goal of the present project is to develop and apply dynamics simulation approaches to understanding polymer-nanoparticle and polymer-polymer interactions at i) the atomic scale and ii) at larger scales using coarse-graining.
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Teilprojekt P4 - Fragmentation in Large Scale DEM Simulations
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-4-fragmentation-in-large-scale-dem-simulations/During the past decade, the technique of Discrete Element Simulations (DEM) made great progress and by now it is generally acknowledged as a reliable tool for bulk solids description in a variety of applications. There is a number of models available in the literature to describe fragmentation of particles in DEM simulations, however, by now the predictive power of these models is still poor, especially when dealing with fragmentation probabilities and fragment size distribution. Current approaches use purely spherical models and there is still a gap in predictive fragmentation models for non-spherical particles.
The aim of the present research project is to develop a particle model which allows for both realistic modelling of fragmentation in DEM simulations and at the same time highly efficient large scale simulations.
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Teilprojekt P11 - Fracture Control by Material Optimization
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-11-fracture-control-by-material-optimization/In previous works, the dependence of failure mechanisms in composite materials like debonding of the matrix-fibre interface or fibre breakage have been discussed. The underlying model was based on specific cohesive zone elements, whose macroscopic properties could be derived from DFT. It has been shown that the dissipated energy could be increased by appropriate choices of cohesive parameters of the interface as well as aspects of the fibre. However due to the numerical complexity of applied simulation methods the crack path had to be fixed a priori. Only recently models allow computing the full crack properties at macroscopic scale in a quasi-static scenario by the solution of a single nonlinear variational inequality for a given set of material parameters and thus model based optimization of the fracture properties can be approached.
The goal of the project is to develop an optimization method, in the framework of which crack properties (e.g. the crack path) can be optimized in a mathematically rigorous way. Thereby material properties of matrix, fibre and interfaces should serve as optimization variables.
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Teilprojekt P7 - Collective Phenomena in Failure at Complex Interfaces
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-7-collective-phenomena-in-failure-at-complex-interfaces/Interface failure in both tension and shear is characterized by a dynamic interplay of local processes (breaking of bonds, interface contacts or – in case of frictional interfaces – asperities) and long-range elastic load re-distribution which may occur either quasi-statically or in a dynamic manner associated with wave propagation phenomena and can be mapped onto a network of partly break-able load transferring elements. This interplay may give rise to complex dynamics which are strongly influenced by contact geometry and also the chemical properties of the interface. A particularly simple case is the transition from static to sliding friction between continuous bodies where such dynamic collective phenomena are being discussed under the label of ‘detachment waves’.
The goal of P7 is to generalize this concept of ‘detachment waves’ to general problems of failure of frictional or adhesive joints, and to interfaces and bodies which possess a complex multi-scale chemical or geometrical structure, including hierarchical geometrical structures as encountered in biosystems.
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Teilprojekt P10 - Configurational Fracture/Surface Mechanics
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-10-configurational-fracture-surface-mechanics/In a continuum the tendency of pre-existing cracks to propagate through the ambient material is assessed based on the established concept of configurational forces. In practise crack propagation is however prominently affected by the presence and properties of either surfaces and/or interfaces in the material. Here materials exposed to various surface treatments are mentioned, whereby effects of surface tension and crack extension can compete. Likewise, surface tension in inclusion-matrix interfaces can often not be neglected. In a continuum setting the energetics of surfaces/interfaces is captured by separate thermodynamic potentials. Surface potentials in general result in noticeable additions to configurational mechanics. This is particularly true in the realm of fracture mechanics, however its comprehensive theoretical/computational analysis is still lacking.
The project aims in a systematic account of the pertinent surface/interface thermodynamics within the framework of geometrically nonlinear configurational fracture mechanics. The focus is especially on a finite element treatment, i.e. the Material Force Method [6]. The computational consideration of thermodynamic potentials, such as the free energy, that are distributed within surfaces/interfaces is at the same time scientifically challenging and technologically relevant when cracks and their kinetics are studied.
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Teilprojekt P5 - Compressive Failure in Porous Materials
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-5-compressive-failure-in-porous-materials/Materials such as solid foams, highly-porous cohesive granulates, for aerogels possess a mode of failure not available to other solids. cracks may form and propagate even under compressive loads (‘anticracks’, ‘compaction bands’). This can lead to counter-intuitive modes of failure – for instance, brittle solid foams under compressive loading may deform in a quasi-plastic manner by gradual accumulation of damage (uncorrelated cell wall failure), but fail catastrophically under the same loading conditions once stress concentrations trigger anticrack propagation which destroys cohesion along a continuous fracture plane. Even more complex failure patterns may be observed in cohesive granulates if cohesion is restored over time by thermodynamically driven processes (sintering, adhesive aging of newly formed contacts), leading to repeated formation and propagation of zones of localized damage and complex spatio-temporal patterns as observed in sandstone, cereal packs, or snow.
We study failure processes associated with volumetric compaction in porous materials and develop micromechanical models of deformation and failure in the discrete, porous microstructures. We then make a scale transition to a continuum model which we parameterise using the discrete simulation results.
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Teilprojekt P8 - Fracture in Polymer Composites: Meso to Macro
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-8-fracture-in-polymer-composites-meso-to-macro/The mechanical properties and the fracture toughness of polymers can be increased by adding silica nanoparticles. This increase is mainly caused by the development of localized shear bands, initiated by the stress concentrations due to the silica particles. Other mechanisms responsible for the observed toughening are debonding of the particles and void growth in the matrix material. The particular mechanisms depend strongly on the structure and chemistry of the polymers and will be analysed for two classes of polymer-silica composites, with highly crosslinked thermosets or with biodegradable nestled fibres (cellulose, aramid) as matrix materials.
The aim of the project is to study the influence of different mesoscopic parameters, as particle volume fraction, on the macroscopic fracture properties of nanoparticle reinforced polymers.
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Teilprojekt P9 - Adaptive Dynamic Fracture Simulation
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-9-adaptive-dynamic-fracture-simulation/In the simulation of continuum mechanical problems of materials with heterogeneities caused e.g. by a grained structure on a smaller scale compared to the overall dimension of the system, or by the propagation of discontinuities like cracks, the spatial meshes for finite element simulations are typically consisting of coarse elements to save computational costs in regions where less deformation is expected, as well as finely discretised areas to be able to resolve discontinuities and small scale phenomena in an accurate way. For transient problems, spatial mesh adaption has been the topic of intensive research and many strategies are available, which refine or coarsen the spatial mesh according to different criteria. However, the standard is to use the same time step for all degrees of freedom and adaptive time step controls are usually applied to the complete system.
The aim of this project is to investigate the kinetics of heterogeneous, e.g. cracked material, in several steps by developing suitable combinations of spatial and temporal mesh adaption strategies.
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Teilprojekt P6 - Fracture in Thermoplastics: Discrete-to-Continuum
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-6-fracture-in-thermoplastics-discrete-to-continuum/Nanocomposites have great potential for various applications since their properties may be tailored to particular needs. One of the most challenging fields of research is the investigation of mechanisms in nanocomposites which improve for instance the fracture toughness even at very low filler contents. Several failure processes may occur like crack pinning, bi-furcation, deflections, and separations. Since the nanofiller size is comparable to the typical dimensions of the monomers of the polymer chains, processes at the level of atoms and molecules have to be considered to model the material behaviour properly. In contrast, a pure particle-based description becomes computationally prohibitive for system sizes relevant in engineering. To overcome this, only e.g. the crack tip shall be resolved to the level of atoms or superatoms in a coarse-graining (CG) approach.
Thus, this project aims to extend the recently developed multiscale Capriccio method to adaptive particle-based regions moving within the continuum. With such a tool at hand, only the vicinity of a crack tip propagating through the material has to be described at CG resolution, whereas the remaining parts may be treated continuously with significantly less computational effort.
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Teilprojekt P2 - Atomistics of Crack-Heterogeneity Interactions
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-2-atomistics-of-crack-heterogeneity-interactions/The fracture of a brittle solid is crucially determined by material heterogeneities directly at the crack front where the stress field diverges and the usual homogenization strategies are no longer applicable. While this problem has attracted significant interest, currently no consistent theory that relates local changes in properties to the local fracture behavior and macroscopic failure criteria exists. In contrast to the long-range elastic interactions, the direct interaction of the crack front with heterogeneities cannot be described by continuum methods but requires an atomistic treatment.
The aim of this project is to study the influence of various types of heterogeneities on the energy dissipation mechanisms in different classes of materials.
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Analyse der Wirkzusammenhänge zwischen der Morphologie und den Eigenschaften von Schweißnähten beim Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen durch eine dreidimensionale, ortsaufgelöste Bestimmung der Kristallinität der Schweißnaht mittels Raman-Mikroskopie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Grundlegende Studie von Dual-Fuel-Verbrennungsmotoren basierend auf dem Kraftstoffdesign-Konzept
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Diesel engines are widely used as power devices in commercial vehicles, engineering and agricultural machineries. However, recent social trends as well as the stringent emissions legislations referring to diesel engines are able to precipitate legislative actions for the partial substitution of diesel by cleaner fuels in the imminent future. China and Germany are both the primary countries of automobile production and sales, and have both joined the Paris Agreement to cope with the global climate change. Th erefore, both countries have the same demand in energy saving and emissions reduction in the transportation field, and the development of high efficiency and clean diesel engine combustion concept s , e.g. dual fuel compression ignition engines, is in line w ith their national strategies. The combustion process in the so called dual fuel engines refers to the compression ignition of the direct ly injected fuel in a premixed gaseous or liquid fuel/air environment. The underlying cause is that in a dual fuel combustion, most of the direct ly injected fuel is burned in the premixed combustion regime and soot formation from the diffusive burn could be significantly reduced. Furthermore, depending on the carbon content of the premixed and directly injected fuel, the d ual fuel operation mode can lead to significant decrease in carbon dioxide emission. The proposed joint research in this project will exploit the complementary facilities and expertise of Shanghai Jiao Tong University (SJTU) and Friedrich Alexander University of Erlangen Nuremberg (FAU) for the development
and optimization of dual fuel engines with low carbon fuels such as natural gas, methanol, dimethyl ether and polyoxymethylene dimethyl ethers. Based on the scientific problems to be addressed and techni ques to be used, FAU will focus on the characterization of the fuel injection , mixing and ignition processes in the dual fuel regime using an in house designed constant volume vessels which is able to provide an ultra high temperature and pressure
environment. T he findings will provide scientific and technical guidance for the development of controllable ignition and highly efficient low emissions combustion strategies for dual fuel engines, which will be conducted by the SJTU team. Additionally, the colla boration between SJTU and FAU will offer a unique training platform for PhD students and early career researchers from both sides. This unique training experience will equip them with skills, knowledge and international vision, contributing to their future careers and also enabling them to
propose possible solutions to global problems in the future. -
Fractures across Scales: Integrating Mechanics, Materials Science, Mathematics, Chemistry, and Physics/ Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/ -
Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit in der Werkstoffmodellierung durch Berücksichtigung des Fließortes bei ebener Dehnung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: http://www.lft.uni-erlangen.de/index.php/de/forschung/projekte?view=projekt&layout=default&id=265Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verbesserung der Prognosegenauigkeit in numerisch abgebildeten Umformoperationen. Dies soll durch die Berücksichtigung des Werkstoffverhaltens unter ebener Dehnung erreicht werden. Im Rahmen dieses Projekts werden zunächst Prüfmethoden entwickelt um das Werkstoffverhalten unter ebener Dehnung vom Fließbeginn bis zum Versagen ermitteln zu können. Dies ist nur möglich, indem zwei unterschiedliche Versuchskonzepte genutzt werden um das Werkstoffverhalten jeweils partiell quantifizieren zu können. Mit den gewonnenen Werkstoffkenndaten werden darauf aufbauend bestehende analytische Modelle zur Berechnung der Spannungskomponenten bei ebener Dehnung auf ihre Prognosegüte hin untersucht und bewertet. Anschließend wird ein bestehendes Materialmodell derart modifiziert, dass die experimentell ermittelten Kennwerte im Modell berücksichtigt werden können. Final soll das erarbeitete Materialmodell durch Übertragung auf ein Demonstratorbauteil in einem Innenhochdruckumformprozess validiert werden.
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PPP Brasilien 2019
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Grundlagenuntersuchungen zur Herstellung und Eigenschaften von in-situ AI3Ti-verstärkten Aluminiumgusslegierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. März 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Weiterentwicklung der Aluminiumbasiswerkstoffe zielt überwiegend auf die Erhöhung der Festigkeit ab, ohne dabei die Duktilität negativ zu beeinflussen. Neben der Festigkeit wird zudem eine Erhöhung der Steifigkeit angestrebt. Im Gegensatz zur Festigkeit kann bei Aluminiumgusslegierungen die Steifigkeit nur in einem sehr geringen Maße durch Legierungselemente verändert werden. Eine substanzielle Erhöhung der Steifigkeit ist durch die Erzeugung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen möglich. Allerdings führt die schlechte Benetzbarkeit zwischen Matrix und keramischen Partikeln in Kombination mit den sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu vergleichsweise schlechten Materialeigenschaften. Ein möglicher Ansatz, das Problem der Benetzbarkeit und der mangelnden Anbindung der Partikel an die Matrix zu lösen, ist die Verwendung von intermetallischen Phasen auf Basis von Aluminium als Verstärkungskomponente. Diese Phasen zeichnen sich durch eine niedrige Dichte und eine gute Benetzbarkeit mit der Aluminiummatrix aus. Zudem können diese Phasen durch eine in-situ Reaktion in der Aluminiumschmelze entstehen, der Volumenanteil an Verstärkungsphase nimmt bei dieser Reaktion zu. Durch eine spezielle Rührtechnologie wird gewährleistet, dass die Verstärkungsphase sich fein verteilt und die Matrix feinkörnig erstarrt.
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Physikalisch basiertes Management störender Schäume in Produktionsanlagen: Prävention, Inhibierung und Zerstörung - Experimentell validierte ingenierusmäßige Optimierung gekoppelter Impuls-, Energie-, und Stofftransportprozesse in Behandlungsanlagen schaumfähiger Lebensmittel (Teilprojekt 6)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Physikalisch basiertes Management störender Schäume in Produktionsanlagen: Prävention, Inhibierung und Zerstörung - Experimentell validierte ingenierusmäßige Optimierung gekoppelter Impuls-, Energie-, und Stofftransportprozesse in Behandlungsanlagen schaumfähiger Lebensmittel (Teilprojekt 6)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Strahlbasierte Strategien zur Herstellung von eigenschaftsoptimierten Tailor Heat Treated Blanks
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Mittels des Einsatzes maßgeschneidert wärmebehandelter Bleche (THTB) ist die Umformung hochfester Aluminiumblechbauteile bei Raumtemperatur realisierbar. Zudem ist die lokale Anpassung der Werkstoffeigenschaften dank partieller Kurzzeitwärmebehandlung, beispielsweise durch Laserstrahlung, möglich. Dadurch kann das Umformverhalten der Bauteile anforderungsgerecht angepasst und variiert werden.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Identifizierung und Qualifizierung von Bestrahlungsstrategien für die verzugsfreie Wärmebehandlung von ausscheidungshärtbaren Aluminiumbauteilen der 7000er Serie im THTB-Prozess. Verzugsfreie Bleche sind die Voraussetzung für die wiederholgenaue Umformung von Bauteilen. Hierfür werden zunächst temperaturabhängige Werkstoffkennwerte ermittelt und anschließend in ein thermo-mechanisch gekoppeltes FE-Modell überführt. Basierend auf den experimentellen und numerischen Ergebnissen wird ein Demonstratorbauteil unter Zuhilfenahme lokal angepasster Wärmebehandlungslayouts, wärmebehandelt und anschließend umformend hergestellt.
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Stoffdaten des LOHC-Systems unter den Bedingungen der leistungsdichten Wasserstoff-Freisetzung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Emissionsfreier und stark emissionsreduzierter Bahnverkehr auf nicht-elektrifizierten Strecken
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018) -
MyoRobot automated Biomechatronics Technology for higher Education and Teaching
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Modern Life Sciences inresearch and education have become crucially dependent on advanced biomedicaltechnologies to increase throughput, content or to facilitate previouslystrenuous work steps. Good examples are genomics facilities, lab-on-a-chipsystems or semi-automated gel electrophoresis systems. In higher universityeducation, there are still many lab techniques that are passed on from techniciansto generations of students, a fact that becomes more and more critical in timesof budget threats to technical staff. One way to implement solutions forgraduate and PhD student training, but also new staff and interested studentsduring their education, is through virtual skills and training laboratories(vLabs), where bioprocesses from the lab are deposited in learning goal modulesthat provide circumscribed tasks, on-site analysis and personalized feedback.In particular, for education systems with staff shortage or shortage ofhigh-end and expensive technologies available on site, virtual learning providesa valuable solution also in terms of lab resources and repeatability.
Biomechanics of living cellsand tissue samples is one of the most difficult experimental parameters toassess, and has long required manual manipulation of single cells, e.g. muscle fibresor small fibre bundles, with force transducers and manual actuator systems. TheGerman applicant and his team have engineered the MyoRobot, a fully automated biomechatronics system suitable for thehigh-content assessment of skeletal muscle tissue and linear biopolymerbiomechanics. It introduces objective automated experimental execution, thusminimizing human error and data file confusion (Haug et al. 2018 Biosens Bioelectron). Still, that uniquesystem is not generally available and requires intensive hand-to-hand training.Also, biomechanics in life science study course education still relies on oldmanual and inaccurate systems. Thus, a virtual skills lab environment includingthe MyoRobot technology (German team)in conjunction with a firm research question on skeletal muscle biomechanics ina pre-diabetic disease model (Australian team) would represent a uniquelearning tool in biomedical research and education that could be implementedworldwide on a web-based platform.
To bring together these twoinnovative concepts, the goals of this project are:
1) To apply MyoRobot biomechatronics technology toskeletal muscle single fibres of pre-diabetic ABCA1/ABCG1 (cholesterol effluxregulatory protein, aka CERP) mice that present with a phenotype of elevatedpancreatic ß-cell cholesterol levels (ß-DKO), impaired insulin secretion,reduced plasma insulin, increased body fat and reduced skeletal muscle mass, toclarify biomechanical mechanisms explaining a pre-diabetic myopathy on thecellular level.
2) To assess active(Ca2+-activated force, pCa-force relationships) and passive (restinglength-tension curves, viscoelastic behavior) biomechanics parameters in ß-DKOanimals, wt littermates, animals receiving subcutaneous insulin pump treatmentand animals following treadmill exercise for 28 d with/without insulinpump treatment. Gender-specific differences will be accounted for.
Tovideo-tape all sequences from animal handling, dissection of muscles, singlemuscle fibre preparations and MyoRobotcontrol for different protocols (solution pipetting, setting softwareenvironments, data recording selection, execution and analysis) to build asequential vLab environment using video footage coupled with simulations and personalizedadaptive feedback tailored for student and research staff training in advancedbiomechanics skills.
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MyVirtual MyoRobot: development of a virtual laboratory module containing the MyoRobot technology
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)Das Projekt ist im Schnittstellenbereich modernsterBiomechatronik-Entwicklung und Anwendung im universitären Umfeld derLebenswissenschaften/Biotechnologie und der universitären Ausbildung vonStudierenden/WIssenschaftlern in den Medizin-nahen Grundlagen- und klinischenFachdisziplinen sowie der Biomaterialien verankert. Im internationalen Umfeldder Ausbildung an australischen Universitäten finden sich zunehmend immer mehrKleingruppen-, problemorientierte- sowie online-basierte Ausbildungsportfolios,bei denen ePortfolios, Mikro-Credentialing, interaktives feedback mitHochschullehrern sowie "facilitated learning" durch"fachfremdes" Universitäts-Personal zum Einsatz kommen. Insbesondereelektronische Medien, wie z.B. online polls, spielerische Katoot-Quizes undvernetzte online Foren, die z.T. parallel in den Veranstaltungen durch dieStudierenden gefüttert und in Echtzeit dem Dozenten zur Verfügung stehen,werden an der UNSW seit einigen Jahren erfolgreich angewandt, so daß hierStudierende auch "remotely" den Unterricht mitgestalten können. Diessteht im gänzlichen Widerspruch zurLehrkultur an den meisten Bayerischen Universitäten, wo immer noch dasklassische "Frontalunterricht"-Konzept gelebt wird. Insbesondere inNaturwissens- und Ingenieurswissenschaften sind hiermit verbundene Praktikahäufig aufwändig und nur einmal pro Student durchführbar. Da insbesondere beibiologischen Experimenten keine Erfolgsgarantie gegeben ist, können derartige"real Experimente" nicht gut vorhersehbar sein. Virtuelle onlineLaboratorien können hier sehr anschaulich diverse Kompetenzen kontrolliert undwiederholbar vermitteln. Wir schlagen in unserem Projekt vor, die an der FAUentwickelte MyoRobot Automatisierungstechnologie zur Erhebung biomechanischerMaterialparameter an lebenden Muskelzellen tierischen und humanen Ursprungs inein solches vLab zu überführen, welches in englischer Sprache designt wird undsomit sowohl an der FAU wie an der UNSW implementiert werden kann.
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Reibungsoptimierung von Gleit- und Wälzkontakten durch Kohlenstoff- sowie katalytisch aktive Schichten in Kombination mit niedrigviskosen Schmierstoffen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Projekt zur Reibungs-Optimierung von Motoren durch Einsatz von triboaktiven Hochleistungskohlenstoff- sowie Eisenbasisschichten und Schmierstoffen
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), IndustrieZiel des Projektes ist das grundlagenorientierte Verständnis für Reibung und Verschleiß in Wechselwirkungen mit Schmierstoffen. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf metallischen Oberflächen, die mit amorphen Kohlenstoffschichten beziehungsweise metallbasierten Hartstoffschichten versehen sind und mit den jeweiligen Schmierstoffadditven niedrigviskoser Motorenöle wechselwirken. Als Anwendung wird der tribologische Kontakt Nocken/beschichter Tassenstößel aus dem Ventiltrieb von Verbrennungskraftmaschinen als Vertreter eines höher belasteten Gleit-Wälz-Linienkontaktes herangezogen. Zudem soll eine rechnerunterstützte Simulationsmethode entwickelt werden, die sowohl Schicht- als auch Systementwickler dabei unterstützt, auf Basis der vorliegenden Kontaktzustände im genannten tribologischen System die relevanten reibungs- und verschleißreduzierenden Maßnahmen stringent umzusetzen.
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MyVirtual MyoRobot: Entwicklung eines virtual laboratory Moduls unter Verwendung der MyoRobot Technologie für die Biomechatronik-Ausbildung an Hochschulen im internationalen Kontext
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. August 2019
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
Weak by the Matrix - Muscle Dystrophy
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)The extracellular matrix (ECM) provides an intercellular connecting scaffold that provides not only stability to a multicellular unit within an organ, but also crucially provides the structural correlate for an optimum cellular function. In skeletal muscle, in particular, the highly linear and hierarchical arrangement of parallel myofibers alongside with their capability to shorten or to elongate by synchronized degrees upon activation or passive stretch, respectively, must be ensured by appropriate inter-element anchorage. For myofibrils, the intermediate filament network (e.g. filamin C, plectin) links individual fibrils together at the level of the z-discs, while for myofibers, intercellular linkage is realized through the extracellular matrix (collagen, merosin, etc.), linking to the intracellular cytoskeleton via focal adhesion complexes (FACs) or the dystrophin-associated glycoprotein complex (DAG). One major mechanical stabilizer molecule underneath the sarcolemma providing ‘shock absorber’ stability to the muscle cell is dystrophin which is completely absent in Duchenne muscular dystrophy (DMD) or the murine mdx model. Increased collagen cross-linking has been shown to be a signature in dystrophic muscle (Smith et al. 2016, Muscle & Nerve). However, the questions of (i) how the resulting three-dimensional arrangement of collagen fibrils within the fibrotic tissue around the muscle fibres impact on the distribution of traction forces along the axial and normal fiber direction, (ii) how FACs remodel through the presence of increased fibrosis and (iii) how the fibrotic collagen network correlates to altered biomechanical properties of single fibers in resting and eccentrically exercised muscle, are still unanswered. A profound insight into the interplay between acto-passive biomechanics of muscle fibers and their surrounding embedding ECM would be of fundamental importance to understand structure-related muscle weakness through connective tissue, not only applicable to the setting of DMD but also extending to chronic inflammatory myopathies associated with augmented collagen matrix.
The specific scientific goals during this collaboration initiative are:
1) To assess the 3D cytoarchitecture of the myofibrillar lattice and the ECM collagen-I distribution in optically cleared EDL and diaphragm muscle from adult (8-12 mo) and old (2 yrs) dystrophin-deficient mdx mice using Second Harmonic Generation (SHG) microscopy. The ultrastructural parameters cosine angle sum (CAS) and Vernier Density (VD) will be assessed within extended 3D volumes (up to 1 mm³) to represent the myofibrillar cytoarchitecture from forward scattered SHG, and the backward scattered SHG signal will serve to analyse the 3D arrangement of interconnecting collagen-I network (for which angular isotropy will be assessed). Age-matched wt animals will serve as controls.
2) To assess 3D cytoarchitecture and intercellular collagen fibril distribution in mechanically dissected small fiber bundles (containing interlinking ECM) and single fibers (no ECM) at given sarcomere lengths using a novel combined SHG-biomechatronics device (MechaMorph), developed by the German team.
3) To assess resting length-tension curves and strain-stress relationships in small fiber bundles (EDL, diaphragm) and single fibers of mdx and wt mice to correlate structural cytoarchitecture data with direct passive biomechanics parameters of steady-state compliance and stiffness. The biomechanics parameters will be assessed prior to and following eccentric contractions induced by Ca2+ saturating maximum isometric contractions with suddenly superposed 20% stretches.
4) To assess FAC density and localization patterns through integrin and vinculin immunofluorescence microscopy of single fibers within small fiber bundles.
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Nachweis und Auslotung nichtklassischer Kristallisationsprozesse in calciumcarbonat-basierten paläoklimatischen Archiven
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
Numerical and experimental study of the deposition of micro-sized non-spherical solid particles in the nasal cavity
(FAU Funds)
Laufzeit: seit 1. Januar 2019The deposition of atmospheric particulate matter, typically in the microrange and in sharp of non-spherical shape, in the nasal cavity gaining interestin recent years. It is important to investigate the deposition fraction ofparticles in the nasal cavity since these particles can be easily removed vianasal wash. The rest of particles will be travelled to the upper and lowerairways as well as the alveoli of the deep lung. Most of force and torquemodels for non-spherical particles are only valid for limited flowconditions. However, the flow field in the nasal cavity is rather complexand it is necessary to establish an accurate numerical model for tracking themotion of non-spherical particles moving in the nasal cavity in connection withexperimental validation. Moreover, many people have the problem of the deviatednasal septum and it is necessary to understand its influence on the pressuredrop and the deposition fraction of particles.
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Energy Oriented Center of Excellence: toward exascale for energy (Performance evaluation, modelling and optimization)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energy Oriented Center of Excellence: toward exascale for energy
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Europäische Union (EU) -
Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/Das Graduiertenkolleg (GK) zielt auf das vertiefte Verständnis des Bruchverhaltens spröder, heterogener Materialien, indem es Simulationsmethoden entwickelt, die den vielskaligen Charakter von Bruchvorgängen erfassen können. Durch i) Verankerung in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, ii) Fokussierung auf den Einfluss von Heterogenitäten auf das Bruchverhalten auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen sowie iii) Integration hochgradig spezialisierter Ansätze in ein „holistisches“ Konzept widmet sich das GK einem anspruchsvollen Querschnittsthema der Werkstoffmechanik. Obwohl Ansätze für Simulationen zur Beschreibung des Bruchverhaltens für bestimmte Materialtypen sowie spezifische Zeit- und Längenskalen existieren, fehlt bislang ein ganzheitlicher, übergreifender Ansatz, mit dem Bruchvorgänge in diversen, besonders in heterogenen Materialien und in verschiedener zeit- und räumlicher Auflösung erfassbar sind. Daher beantragen wir ein interdisziplinäres GK aus Mechanik, Werkstoffwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik, das die erforderliche Methodik zur Untersuchung der Mechanismen des Sprödbruchs und deren Beeinflussung durch mehrskalige Heterogenitäten in verschiedenen Materialien entwickeln wird. Die so erzielten Erkenntnisse und der methodische Rahmen werden es erlauben, in Bezug auf das Bruchverhalten maßgeschneiderte und optimierte Materialien zu entwickeln. Das GK wird ein repräsentatives Spektrum spröder Materialien und deren Komposite sowie granulare und poröse Materialien umfassen. Im GK werden diese auf für Natur- und Ingenieurwissenschaften relevanten Zeit- und Längenskalen in subatomaren, atomaren, mesoskaligen und makroskopischen Beschreibungen untersucht. Die Modellierungen und Simulationen beruhen auf Ansätzen der Quantenmechanik, der Molekularmechanik und der Kontinuumsmechanik. Diese werden in einen umfassenden Rahmen eingebettet, der perspektivisch zu einem virtuellen Labor führt, das letztlich aufwändige und teure Material- und Bauteilversuche ergänzen und minimieren soll. Im GK werden Nachwuchsforscherinnen und -forscher unter Betreuung erfahrener PAs zu anspruchsvollen skalenübergreifenden Fragen von Bruchvorgängen forschen. Das GK wird in der Forschung und Lehre Synergien fördern und soll ein Schlüsselelement in den interdisziplinären Forschungsschwerpunkten „Neue Materialien und Prozesse“ sowie „Modellierung–Simulation–Optimierung“ der FAU werden.
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Energieeffiziente Herstellung strukturierter Biokeramik
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: BayBionik - Von der Natur zur Technik
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (ab 10/2013) -
PPP Australia - Industry 4.0 - Robophotonics and Systems Engineering
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Additive Biomanufacturing(ABM) has stimulated a whole new research direction by the combination oftissue engineering and additive manufacturing technologies. Tissue engineeringapproaches, which originally focused on the repair and restoration of damagedtissue structure and function, are increasingly applied with ABM to producethree-dimensional (3D) cell culture models. ABM can, for instance, be used toengineer physiologically relevant cancer microtissues in the laboratory fordrug development and basic research, allowing the acquisition of data withincreased predictive value of the human response. Although such cell culturemodels are emerging as promising tools for disease modelling or drug screeningapplications, the application of this technology is also coupled with new, yetunmet technical challenges. The current preparation and manufacturing workflowinvolves tedious manual steps that limit throughput and increase theprobability of user error; errors that can potentially manifest as inaccurateresults. Moreover, the analysis of 3D models with traditional laboratoryequipment and cell analysis methods is challenging or impossible because highlyspecialized laboratory equipment and assays are required for the analysis of 3Dstructures. Investigation of matrix remodelling as well as cell functionscreening are required on a maturation timeline over several days, weeks, oreven months in a repetitive and reproducible manner to characterize thesuitability of novel biomaterials or cell combinations. Thus, with theadvancements of 3D culture models come the engineering challenges to implementadequate readout platforms that also allow high-content and high-throughputscreening to ease otherwise tedious bioanalytics methodologies. Up to now,combinatorial screening of 3D biomaterial properties and 3D engineeredconstructs is limited due to missing technical solutions, such as automatedmanufacturing and screening systems. Based on the Australian partner’s currentfocus on tissue engineering principles and the German partner’s expertise onrobophotonics and optical engineering, advanced Additive BiomanufacturingTechnologies will be designed to successfully translate 3D models into anautomated industrial setting with high-throughput capabilities. Such anindustrial setting with automated manufacturing workflows and integratedquality control has been termed ‘Industry 4.0’ and is evolving as an emergingfield in multidisciplinary bioengineering disciplines.
This project aims to transfertechnologies and expertise related to the high-throughput manufacturing andscreening process of 3D cell culture models between the Australian team basedat the Queensland University of Technology (QUT) and the German partner at theFriedrich-Alexander University Erlangen-Nuernberg (FAU) as well as to establishcollaborative projects to work on advanced Additive Biomanufacturingtechnologies. To exchange knowledge and enable technology transfer, thespecific goals of this project are:
1) The established 3Dtissue culture platform and know-how on 3D cancer models by QUT will betransferred to FAU to successfully integrate 3D cell culture technologies inFAU’s laboratories. 3D cancer models will be visualized using the recentlydeveloped xCell low-cost microscopy environment (http://www.port-a-scope.com) using camera-basedautomated acquisition, image segmentation and registration, followed byautomated pattern recognition and object classification. The technology of thexCell system will be then transferred to the Australian partner to allowlong-term microscopical assessment of cell growth and matrix remodellingexperiments at both partner locations. Second Harmonic Generation (SHG)multiphoton microscopy will be performed on selected 3D constructs fixed atgiven time points and transferred to the German labs to assess matrix formationof collagen-I networks by cells, replacing the biomaterial phase.
2) FAU’s expertise onrobophotonics and optical screening technology will be introduced to QUT’s teamto successfully integrate a camera-based feedback system and design a controlsystem with a web-based interface for QUT’s prototype of an AdditiveBiomanufacturing Platform. The developed and integrated improvements willenhance the capability and functionality of the prototype to manufacture 3Dmodels in a reproducible manner.
Buildingupon each other’s expertise and the aquired know-how within this project, anadvanced workstation will be designed and engineeed to allow high-throughputdrug screening applications using a multimode plate detection system, liquidand viscous handling device, and integrated imaging functionality.
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Inflammatory Pain - Control of Immune Cell Nicotinic Receptor Signaling
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Signaling from the nervous system to peripheral organs via the sympathetic and parasympathetic nervous system has been well documented for the autonomic control of inner organs, e.g. in the cardiovascular or gastro-intestinal system. In particular, the cholinergic system uses the neurotransmitter acetylcholine that acts on muscarinic receptors in the autonomic nervous system but also on nicotinic receptors (nAChR) at the neuromuscular junction, central nervous system neurons and autonomic ganglia. Nicotinic receptors act as ionotropic, ligand-gated ion channels that are composed of 1-5 distinct subunits building a functional pentamer. Currently, ten a (a1-10), four ß (ß1-4), one g, d, and e nAChRs have been identified through molecular cloning, and besides the classical target organs, intriguingly, leukocytes of the immune system (e.g. macrophages, B-cells, T-cells, monocytes) have also been found to express nAChRs, e.g. homomeric a7 nAChR (Fuji et al. 2017, J Pharmacol Sci 4). For example, smoking, associated with nicotine exposure to the blood, has been found to activate a7 nAChR and in turn, to reduce LPS-induced pro-inflammatory TNF-a release (Fuji et al. 2017). Thus, nicotinic signaling clearly modulates the immune response. On the other hand, a7 nAChRs are also involved in mediating chronic neuropathic and inflammatory pain (Alsharari et al. 2013, Biochem Pharmacol). Conotoxins are a class of peptide-based drugs derived from cone snail venom and that were shown to be potent modulators of chronic pain via acting on a9-containing nAChRs (Hone et al. 2017, Br J Pharmacol). Since the Australian partner has a long-standing experience working with conotoxins, our project hypothesis is that conotoxins may be also suitable drug leads to modulate inflammatory pain by specific action of immune modulation in leukocytes. Thus, an important information still missing in the literature is represented by the question of how conotoxins may act on nAChRs composed of various isoforms usually found in immune cells to down-modulate immune activation, immunological hyper-reactivity and eventually, inflammatory pain. We thus propose a combined high content-high resolution screening platform from previous work to be applied to the studies of ACh-activated Ca2+ signaling in various human immune cell types and its inhibition by conotoxins as potential compounds to address inflammatory pain.
The specific goals of this project are:
1) To use selective antagonists a-conotoxins potentially directed against the most common isoforms (a7, a9, a10) against nAChRs in human immune cell lines (U937 monocytic cells, Jurkat T-cells, RPMI-A226 B-cells) to monitor intracellular Ca2+ responses using Fura-2 monitoring of nAChR responses in plate reader assays. Concentration-response relationships will be established.
2) To determine the most potent concentrations to apply conotoxins in high resolution single cell Ca2+ imaging studies in the aforementioned cell lines to determine mechanisms of conotoxin-induced modulation of Ca2+-signaling.
3) To perform nAChR isoform expression profiling and comparing results from stable immune cell lines with heterologous expression systems varying isoform composition to obtain a pharmaco-biophysical profiling.
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Genauigkeitsanalysen für ein induktives Lokalisierungssystem
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. März 2019
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft -
Eingliederund des LTT in das ECN-Netzwerk
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. September 2019
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: http://www.bacatec.deIn Einklang mit dem „Klima-Aktions-Plan 2050“ muss Deutschland und seine Mobilität bis zum Jahr 2050 größtenteils Treibhausgas neutral werden. Eine Kostenanalyse für eine in der gesamt Ökobilanz CO2-freie Mobilität sagt voraus, dass sich der Markt auf elektrisch angetriebene und einen dominierenden Teil von motorisch angetriebenen Fahrzeugen aufteilt, die mit synthetischen Kraftstoffen aus Wind und Sonne, sogenannten „e-fuels“ betrieben werden1. Das “Engine Combustion Network” ECN (https://ecn.sandia.gov/) ist ein Lösungsweg um experimentelle Daten und eine Diskussionsplattform für CFD-Modellbildner bereitzustellen. Aufgrund der großen Herausforderungen in diesem Forschungsgebiet ist ein globales wettbewerbsfreies Netzwerk unabdingbar für signifikante Fortschritte. Durch die Eingliederung wird das ECN reicher an Spraydaten und die FAU kann ihre Sichtbarkeit in der Forschungsgemeinschaft steigern.
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Artificial Intelligence for Reinventing European Healthcare
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Artificial Intelligence for Reinventing European Healthcare
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle:
Additive Fertigung positiver Elektrodengerüste, Oberflächenpräparation und Katalysatorbeschichtung(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt -
Theoretische Grenzen und algorithmische Verfahren verteilter komprimierender Abtastung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)The theoretical limits of distributed compressive sensing are studied bytools from both information theory and statistical physics. The investigationscover both noise-free and noisy distributed compressive sensing. The theoretical insightsare utilized to design approximate message passing algorithms for joint recovery of large distributed compressive sensing networks with feasible computational complexity. These algo-rithms enable us to verify the non-rigorous results obtained by the replica method from statistical mechanics, and also, to propose theoretically optimal approaches for sampling and low complexity. The proposed research will lead to improved performance of reconstruction algorithms for distributed compressive sensing, e.g. higher compression rates and/or higher fidelity of reconstruction. -
Entwicklung eines Wachstumsprozesses für SiC-Wafer mit Durchmessern größer 10cm unter Anwendung der neuen SiC-Quellenmaterialien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 20. Dezember 2018 - 31. Mai 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Digital Twin - Neuartige digitale Datenfusionsalgorithmen und immersive Interaktionskonzepte für die holistische Beschreibung und Bewertung von Athleten durch selbstlernende Systeme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Titel des Gesamtprojektes: Digital Twin - holistische Beschreibung und Bewertung von Athleten
Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Das Vorhaben zielt darauf ab, ein System zur holistischen, digitalen Bewertung und Beschreibung von Athleten zu schaffen. Damit verbunden sollen neuartige und hochgradig individualisierte digitale Dienste, Produkte und Werkzeuge zur gesamtheitlichen mentalen und körperlichen Leistungsoptimierung von Sportlern entstehen. Dies erweitert aktuelle Ansätze, die oft nur auf die physische Verbesserung abzielen. -
Behandlung permanenter Fehler in der FPGA-basierten Satellitenkommunikation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 30. November 2020
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft -
Fundamentals of Hydrogen in Structural Metals at the Atomic Scale
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 30. November 2023
Mittelgeber: ERC Starting Grant -
Kopplung einstellungsbasierter und motorischer (Nutzer-)Ansprüche in der Produktentwicklung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/398054801?context=projekt&task=showDetail&id=398054801&Der Bedarf dieses Vorhabens entsteht durch die hohe Diversität von Nutzern technischer Produkte. In der nutzerzentrierten Produktentwicklung wurde hierzu bisher vor allem die hohe Vielfalt physiologischer Nutzerbedürfnisse berücksichtigt. Derzeitige Produkte für leistungseingeschränkte Nutzergruppen weisen hingegen oft auch Defizite in der Berücksichtigung subjektiver (psychologischer) Bedürfnisse auf. Dabei ist die Erfüllung dieser Bedürfnisse nahezu ebenso wichtig für eine hohe Lebensqualität, da diese eine negativ stigmatisierende Wirkung auf den Nutzer haben können. Trotz eines hohen funktionalen Nutzwerts solcher Produkte führt dieses Defizit zu einer Ablehnung und damit Nichtnutzung des Produktes. Ziel des Vorhabens ist demnach ein wissenschaftlich begründeter Ansatz für eine umfassende parallele Berücksichtigung psychologischer wie physiologischer Bedürfnisse in technischen Produkten.
Die zentrale Frage stellt sich, wie eine Gestaltung technischer Geräte für leistungseingeschränkte Personen erfolgen kann, sodass neben der Erfüllung hoher physiologischer Nutzeranforderungen auch ein im psychologischen Sinne nutzergerechtes, möglichst Stigmata-freies Produkt entsteht. Zur Erreichung dieses Projektziels stehen wertvolle eigene Vorarbeiten sowie Fachwissen aus anderen Disziplinen zur Verfügung. Dabei werden zwei wesentliche Teilziele angestrebt. Das zu erarbeitende Modell der Produkt-Nutzer-Interaktion dient dem integralen Verständnis des Nutzers in der Produktentwicklung sowohl im physiologischen als auch im psychologischen Sinne und ermöglicht eine erfolgreiche Charakterisierung und Segmentierung spezifischer Nutzergruppen. Hierzu erfolgt zunächst eine Konzentration auf die individuelle Handmotorik sowie die jeweilige Einstellung bzw. subjektive Wertorientierung des Nutzers. Weiterhin unterstützt ein allgemein anwendbares einschlägiges methodisches Vorgehensschema zur Gestaltung physiologisch-psychologisch nutzergerechter Produkte den Produktentwicklungsprozess durch gezielte Adaption integraler, interdisziplinärer Erkenntnisse. -
Entwicklung einer neuartigen Milchpulver Sprühtrockenanlage mit einem innovativen ultraschallbasierten Abreinigungsystem für eine Steigerung der Energieeffizienz um 70% bei gleichzeitiger Reduktion der Lärmimmission auf unter 45 dB.
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung einer neuartigen Milchpulver Sprühtrockenanlage mit einem innovativen ultraschallbasierten Abreinigungsystem für eine Steigerung der Energieeffizienz um 70% bei gleichzeitiger Reduktion der Lärmimmission auf unter 45 dB.
Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Makroskopische Molekulare Kommunikation: Sender- und Empfängerkonzepte für die Informationsübertragung in flüssigen Medien
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Makroskopische Molekulare Kommunikation
Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Thermophysikalische Eigenschaften von langkettigen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und deren Gemischen mit gelösten Gasen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Derzeit besteht zunehmendes Interesse anchemischen und energietechnischen Prozessen, in welche Flüssigkeiten mitgelösten Gasen involviert sind. Hierzu gehören die Abgasauftrennung mit Hilfegeeigneter Absorptionsmittel, die Herstellung wertvoller Kraftstoffe undErdölprodukte aus Synthesegas sowie die Lagerung und der Transport vonWasserstoff mit flüssigen Trägerstoffen. Für die Entwicklung und Optimierung entsprechenderProzesse ist die genaue Kenntnis von Stoffdaten der beteiligten Fluide notwendig,wobei die aktuelle Datenlage für Flüssigkeiten mit darin gelösten Gasen übereinen weiten Zustandsbereich spärlich ist. Dies ist mit den Limitierungenexperimenteller Methoden sowie dem Fehlen einschlägiger theoretischer Methodenund Vorhersagemodellen zu begründen. Im beantragten Sino-German ResearchProject ist die systematische Untersuchung von thermophysikalischenEigenschaften langkettiger Kohlenwasserstoffe und Alkohole sowie deren Gemischemit gelösten Gasen bis zu Temperaturen von 600 K vorgesehen. Die Studien sollenzum grundlegenden Verständnis beitragen, wie die Variation der Molekülstrukturder Flüssigkeiten sowie der gelösten Gase die Dichte, Löslichkeit, Viskositätund Oberflächenspannung der betrachteten Systeme beeinflusst. Das deutscheForschungsteam an der Universität Erlangen-Nürnberg konzentriert sich hierbeiauf die Charakterisierung der Systeme mittels molekulardynamischer (MD)Simulationen sowie der Oberflächenlichtstreuung (SLS). Neben der Dichte undViskosität sollen die MD-Simulationen auch Zugang zu Löslichkeiten undOberflächenspannungen bieten. Während für letztere Größen das methodischeVorgehen bei den MD-Simulationen zu optimieren ist, wurde die SLS bereitshinsichtlich der zuverlässigen Bestimmung von Oberflächenspannung undViskosität bei hohen Temperaturen weiterentwickelt. Für dieseStoffeigenschaften wendet das chinesische Forschungsteam an der Xi'an Jiaotong-Universitättheoretische Methoden auf Grundlage des Hartkugelmodells und der Theoriekorrespondierender Zustände sowie auf experimenteller Seite die Methode deshängenden Tropfens bzw. ein Schwingdrahtviskosimeter an. Die von beiden Teamsfür ausgewählte Systeme bestimmten Viskositäten und Oberflächenspannungendienen als gegenseitige Referenzdaten. Auch die individuellen Aktivitäten inForm der Dichtebestimmung mit Hilfe eines Biegeschwingers auf deutscher sowie dergravimetrischen Löslichkeitsbestimmung auf chinesischer Seite ergänzen sichgegenseitig und sind von gemeinsamem Interesse, was die bereits bestehendeKooperation beider Gruppen weiter vertieft. Die zu erwartende verlässliche,umfassende Datenbasis für die ausgewählten Systeme soll zu einem grundlegendenVerständnis entsprechender Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beitragen.Hierdurch wird auch die angestrebte Entwicklung von theoretischen undempirischen Modellen zur Beschreibung der Stoffdaten von willkürlichen Systemenaus Kohlenwasserstoffen und Alkoholen mit gelösten Gasen unterstützt.
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Analyse des Einflusses der tribologischen Eigenschaften auf die Tiefziehbarkeit metallischer Blechwerkstoffe nach dem Durchlauf einer Ziehsicke
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Im Projekt EFB 05/217 bzw. AiF 20015N soll das tribologische System im Ziehsickendurchlauf analysiert werden.
Aktuelle Untersuchungen (auch im Projekt EFB 08/114) konnten zeigen, dass sich Werkstoffkennwerte nach einem Durchlauf einer Ziehsicke deutlich verändern. Dies kann mitunter zu einer Verschiebung der Prozessgrenzen führen und geschieht auch aufgrund des Einflusses tribologischer Eigenschaften. Während der Ziehsickenbelastung kommt es hierbei infolge lokal höherer Flächenpressungen in der Sicke selbst zu sichtbaren Veränderungen der Werkstückoberfläche. Diese Auswirkungen, wie beispielsweise eine erkennbare Oberflächenmodifikation, sind bis dato weitestgehend unerforscht.
Das Ziel dieses Projektvorhabens ist eine grundlagenorientierte Analyse der Auswirkungen einer Ziehsicke auf die tribologischen Vorgänge um ein verbessertes Verständnis des Einsatzes und der Wirkungsweise einer Ziehsicke für industrielle Anwender zu ermöglichen. Diese Untersuchungen sind mit einem umfangreichen mikro- und makroskopischen Charakterisierungsaufwand vor und nach dem Durchlauf durch eine industriell genutzte Ziehsicke verbunden, welcher am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie durchgeführt wird.
Eine Verkürzung der Produktentstehungszyklen stellt diese Unternehmen grundsätzlich vor große wirtschaftliche Herausforderungen. Die Ergebnisse dieser Analysen und eine erwartete Verbesserung der numerischen Auslegung werden vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) zu Kosteneinsparungen, einem Zeitvorteil und dadurch auch zu Wettbewerbsvorteilen führen. Für die kostengünstige Erfüllung diverser Aufgaben in der Umformtechnik eignet sich unter anderem die virtuelle Prozessauslegung, welche hier maßgeblich optimiert werden soll. Fehlerbehaftete Berechnungen können zu einer fehlerhaften Projektierung einer Anlage oder zu nicht maßhaltigen Bauteilbereichen führen.
Der Wissenstransfer wird dabei mit einer Analyse der tribologischen Vorgänge beim Durchlauf einer Ziehsicke angestrebt, welche durch die Übertragung auf einen Tiefziehprozess mit Ziehsicke im Realbauteil validiert werden soll. Durch die Beteiligung namhafter Unternehmen im projektbegleitenden Ausschuss (PbA) wird der praktische Nutzen sichergestellt.
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Konzeption einer adaptiven Prozesskette für das mechanische Fügen - Mechanisches Fügen 4.0
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2018 - 30. April 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Zell-Scaffold Wechselwirkungen in künstlichem Knochengewebe: Regulation von Kollagen-I Netzwerken und Fokalkontakten durch biochemische und Umgebungssignale
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Collagen-I is the major fibrous extracellular component of bone responsible for its ultimate tensile strength. In tissue engineering (TE) one of the most important issues is to get cells inter-connected via a strong and functional extracellular matrix (ECM) mimicking as closely as possible naturally occurring ECM geometry. What is still missing is (i) a versatile, high-resolution and non-invasive online method to evaluate and quantify different aspects of engineered ECM and (ii) deeper insights into the mechanism as to why cellular ECM production is enhanced in 3D cell-scaffold composites, putatively via enhanced focal adhesion (FA) linkages, unlike in the 2D setting. The goal within this project is to develop such methods with collagen-I producing and bone forming cells based on multiphoton imaging (MPI) technologies, to use those techniques to compare collagen-I production and organization capabilities in 2D- and 3D-seeded constructs, to link them to the number, extension and distribution of FA complexes and to monitor changes due to biomechanical treatment of the constructs. Our major work hypothesis is that biomechanical stability of engineered bone tissue constructs is directly encoded by the angular distribution and fibrillary geometry of ECM collagen fibers, and high stability occurs within more isotropic interwoven fibrils as a result of activation of increased FA complex formation with ascorbic acid playing a critical role in the regeneration of collagen-I with optimum fiber stability.
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Engineering von zukünftigen Zugsteuer- und Managementsystemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
Mittelgeber: Siemens AGMit den sich entwickelnden Technologien und Methoden im Bereich der Echtzeitkommunikation und der stetig steigenden, zu übertragenden Datenmenge ist die Bahnindustrie auf den Zug der Modernisierung ihrer Prozesse aufgesprungen.Bei den Bahnanwendungen liefern verschiedene Hersteller bis heute unterschiedliche und meist nicht kompatible Lösungen. Diese Lösungen werden für eine bestimmte Konstellation eines Zuges spezifiziert, sind in den meisten Fällen aber nicht in der Lage, bei einer Veränderung der Zugkonstellation die korrekte Funktionalität zu bieten. Um sicherheits- und zeitkritische Bereiche von unkritischen Bereichen zu trennen, die z. B. Dienstleistungen für Fahrgäste wie Wireless LAN anbieten, müssen darüber hinaus getrennte Netze mit einer eigenen Infrastruktur aufgebaut werden, die für den Zug und seine Hersteller mehr Gewicht und Kosten bedeuten.
Im Bereich der Echtzeitkommunikation hat sich Time-Sensitive Networking (TSN) als mögliche Lösung zur Überwindung der oben genannten Probleme herausgestellt. Es stellt Verfahren und Mechanismen für die Ethernet-Technologie bereit, die sie mit Aspekten des Determinismus und der Zuverlässigkeit bereichern.
Mit Time-Sensitive Networks (TSN) können die sicherheits- und zeitkritischen Domänen mit unkritischen Bereichen zusammengeführt werden, so dass den sicherheitskritischen und zeitsensiblen Domänen noch genügend Zuverlässigkeit und Determinismus garantiert werden kann und die Bedürfnisse der Passagiere befriedigt werden.
Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die Eignung von TSN im Bahnbereich zu testen. Vorrangiges Ziel des Projekts ist es, zu analysieren, ob die Anforderungen der sicherheits- und zeitkritischen Anwendungen in Bezug auf eine deterministische Netzwerkkommunikation und beschränkte Latenzen im Netzwerk erfüllt werden können und gleichzeitig nachzuweisen, dass die Erfüllung der Ansprüche der kritischen Anwendungen nicht zu einer signifikanten Beeinträchtigung unkritischer Anwendungen führt.
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Network Calculus für Time-Sensitive Networking
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 1. Oktober 2022Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich mit Anwendungsmöglichkeiten von Dienstgütegarantien in Time-Sensitive Networking, insbesondere mithilfe von Network Calculus. Echtzeit-Systeme werden zunehmend in der Industrie, z.B. der Automobil-, Automatisierungs- oder Unterhaltungsbranche benötigt. Klassisches Ethernet garantiert jedoch keine Echtzeitfähigkeit, weshalb die Time-Sensitive Networking Task Group (IEEE 802.1) Standards für die Echtzeitübertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke entwickelt. Diese Standards werden unter dem Begriff Time-Sensitive Networking (TSN) zusammengefasst. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wird nun die Anwendung von Network Calculus für TSN untersucht. Network Calculus (NC) ist eine Systemtheorie zur deterministischen Leistungsbewertung. Dabei werden mathematische Methoden verwendet, um Leistungsgarantien für Kommunikationssysteme zu bieten. NC kann dabei helfen, Echtzeit-Eigenschaften von TSN zu bewerten, erforderliche Latenz-Grenzen einzuhalten und Aufschlüsse über die optimale Konfiguration der Netzwerke liefern. Außerdem ermöglicht es die Dimensionierung der Puffer und kann existierende oder neue Scheduling-Algorithmen bewerten. -
Simulation und Modellierung aus Messdaten von Fahrzeugen
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen. Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen. Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft eigentlich nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Fahrsituationen, sogenannte Fahrszenarien, realer Versuchsfahrzeuge sensorisch erfasst und aufgezeichnet werden. Aus diesen Datenaufzeichnungen soll das aufgezeichnete Fahrszenario in einer Fahrsimulation nachgebildet und eine aktivierte automatisierte Fahrfunktion darin betrieben werden. Dadurch kann die Exaktheit des Simulationsmodells mit den aufgezeichneten Messdaten verglichen und validiert werden. Darüber hinaus werden so anspruchsvolle Fahrszenarien für einen Prüfkatalog gesammelt und das Fahrszenario kann mit vielen Variationen der zu simulierenden automatischen Fahrfunktion durchgespielt und verglichen werden.
Aufbauend auf einem funktionierendem Verfahren der Szenariengenerierung aus Messdaten soll ein Verfahren für gezielte Datenanalyse relevanter Szenarien aus Massendaten hinsichtlich Kategorien, Definitionen, Trajektorien zur Erzeugung von parametrierbarer Manöverklassen systematisch erarbeitet werden.
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Digitalisierung im klinischen Umfeld mittels Graphdatenbanken
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: seit 1. Oktober 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)Im klinischen Umfeld werden an verschiedenen Stellen Daten erhoben und gesammelt. Diese sind stark heterogen, aber dennoch hochgradig verknüpft. Graphdatenbanken eignen sich gut für solche Daten: sie beinhalten heterogene „Datenpunkte“ die miteinander verknüpft werden können. Die grundlegende Fragestellung ist nun, ob und wie diese klinischen Daten in einer Graphdatenbank sinnvoll genutzt werden können, vor allem wie die Mitarbeiter der Klinik davon profitieren können. Denkbare Szenarien sind eine graphische Oberfläche, damit Mitarbeiter einfacher an benötigte Informationen kommen oder eine Schnittstelle für Auswertungen, um komplexere Fragen beantworten. (z.B. “Gab es zu einem Patienten bereits ähnliche Patienten? Wie wurden sie behandelt?”)
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Security for Future Patient-Centered Healthcare Ecosystem
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/analysis-and-modelling-of-p2p-security-for-future-patient-centered-healthcare-ecosysThe patient-centred healthcare ecosystem (PHE) is a future digital healthcare model where all healthcare stakeholders will eventually transition from an isolated approach to a collaborative approach around the patient. Among other benefits, the PHE will enable individuals to take control of their health information in a confidential and secure environment. Currently evolving PHEs either use a centralized database or blockchain technology for storing medical records.
On the one hand, healthcare industries that store data in a centralized database experience more data breaches than any other sector, as revealed in the latest report by the Office of the Australian Information Commissioner on data breaches. Moreover, the Protenus Breach Barometer in the US reported 369 health data breaches in the third quarter of 2018, affecting 8 million patients. On the other hand, the immutable nature of data storage in blockchain makes it impossible for users to erase their stored information, which goes in contrary to the European regulation on data protection.
The OnePatient PHE by Refinio ONE (a German-based health technology startup) is based on peer-to-peer technology; an alternative to centralized database and blockchain technology. Although blockchain also uses peer-to-peer technology, the data is inherently shared publicly, and in case the blockchain encryption gets broken, all the data becomes public. In contrast, when the OnePatient PHE encryption gets broken, only one user is affected at a time. However, storing medical records in peer-to-peer technology still requires research in terms of security and education and awareness to users about data security and privacy.
In our work, we aim to i) investigate the possible and inherent security and privacy issues for future PHEs like OnePatient, ii) design security models such as Firewall, Trust Reputation System, etc. to provide additional security, and iii) finally evaluate the effectiveness of our security models.
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Reinforcement systems for dies with non-circular-symmetrical cross-sections
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Armierungssystem für Matrizen mit nicht-kreissymmetrischem Wirkquerschnitt
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2020
Mittelgeber: Bayerische ForschungsstiftungWerkzeuge nehmen in der Kaltmassivumformung eine Schlüsselfunktion ein, da sie unter anderem die erzielbare Bauteilgenauigkeit und Wirtschaftlichkeit von Umformprozessen bestimmen. Neben Verschleiß ist Ermüdungsversagen durch zyklische Beanspruchungen eine Hauptursache für Werkzeugausfall. Zur Vermeidung einer ermüdungsbedingten Rissinitiierung sind Zugspannungen im Werkzeug zu minimieren. Für eine hohe Fertigungsgenauigkeit ist eine möglichst steife Auslegung des Umformwerkzeuges anzustreben. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Steifigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung von Zugspannungen bietet die Vorspannung der Matrize mittels Armierungssystemen. Mit einer radialen Vorspannung werden die betriebsbedingten Zugspannungen mit Druckspannungen überlagert und die wirkenden Spannungen in den versagensunkritischeren Druckspannungsbereich verschoben. Werkzeuge werden armiert, indem die Matrize in einen mit Übermaß versehenen Armierungsring aus einem weicheren, zäheren Stahl eingepresst oder eingeschrumpft wird. Der zunehmende Einsatz anspruchsvoller Bauteilgeometrien mit erhöhten Aspektverhältnissen und ungleichmäßig angeordneten Funktionselementen führt zu neuen Herausforderungen für die eingesetzten Umformwerkzeuge. Bei einem nicht-kreissymmetrischen Querschnitt respektive einer nicht-kreissymmetrischen Belastung kann mit konventionellen Armierungssystemen keine homogene Vorspannungsverteilung im Werkzeug realisiert werden. Hierdurch wird die Werkzeugstandmenge oftmals limitiert, was die Wirtschaftlichkeit des Umformprozesses negativ beeinflusst. Das zentrale Ziel innerhalb des Projekts bildet die Erforschung eines beanspruchungsgerechten Armierungssystems für Matrizen mit nicht kreissymmetrischem Wirkquerschnitt, um damit die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Werkzeuge zu erhöhen.
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Synchronisation und Echtzeitfähigkeit in verteilten Simulationen für die virtuelle Entwicklung und Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
Mittelgeber: andere FörderorganisationVerteilte Simulationen werden häufig zur Verbesserung der Leistung oder zur Kopplung von unterschiedlichen Simulatoren verwendet. Für die Simulation von autonomen Fahrfunktionen ist diese Kopplung sehr wichtig, denn so können wiederverwendbare Simulationskomponenten für das nähere und weitere Umfeld des Fahrzeugs, für Ego- und Fremdfahrzeuge, für die Sensorik, für Abläufe in den Steuergeräten, für die Fahrzeugdynamik und für ähnliche Aspekte erstellt und gemeinsam in einer Simulation ausgeführt werden. Weiterhin bietet eine solche verteilte Simulation einen Ausgangspunkt für die Kopplung mit echten Software- oder Hardwarekomponenten (SIL bzw. HIL). Die Synchronisation in der verteilten Simulation muss die Kausalität sicherstellen: wenn es Abweichungen der Zuordnung von Simulationszeit zur Echtzeit in den Komponenten gibt, kann es zu Verletzungen der Kausalität kommen. Ein Beispiel sind kooperative Sicherheitsfunktionen, bei denen Aktionen in sehr schneller Abfolge verlaufen. Gründe für Kausalitätsverletzungen können beispielsweise nicht synchronisierte Uhren oder Verzögerungen bei der Nachrichtenauslieferung sein. Eine weitere Aufgabe der Synchronisation ist die Gewährleistung der Reproduzierbarkeit der Simulationsergebnisse. Durch Jitter in der Ausführungszeit von einzelnen Komponenten oder bei der Nachrichtenübertragung entsteht ein Nichtdeterminismus in der Ausführungsreihenfolge, der zu einem unterschiedlichen Ergebnis der Simulation führen kann. -
Additive Manufacturing using Metal Pilot Line
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Additive Manufacturing using Metal Pilot Line
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2022
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Simulatorenkopplung und Datenanreicherung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Virtuelle Mobilitätswelt
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung in der Mobilitätsbranche führt zu immer komplexer werdenden Systemen und großen Datenmengen. Dies bietet Chancen und Herausforderungen und erfordert innovative Methoden zur Erforschung, Analyse, Entwicklung und Absicherung neuer Mobilitätstechnologien. Im Rahmen von ViM soll ein Plattform-Prototyp für Forschungszwecke und für die Entwicklung von innovativen Geschäftsmodellen aufgebaut werden, welche Akteuren sowohl zur Erprobung von neuartigen Mobilitätsdiensten als auch von neuartigen Fahrfunktionen auf technischer Ebene (z.B. kollaborative Fahrmanöver) dienen kann. Ziel ist die Entwicklung eines Daten- und Software-Frameworks, welches das Einbringen und Verwenden unterschiedlicher digitaler und modularer Komponenten auf Basis ihres Anwendungskontexts ermöglicht, sowie Mobilitätsdaten, unter Berücksichtigung etwaiger proprietärer Bestandteile, als Grundlage für Forschung, Dienstleistungen und Applikationen bereitstellt. Die Plattform erlaubt insbesondere die Kombination von realen und simulierten Daten zur Generierung einer realitätsnahen virtuellen Welt. Datenanalyse-Module ergänzen dieses Abbild und helfen dieses zu bewerten und zu interpretieren.
Der Lehrstuhl für Rechnernetze und Kommunikationssysteme ist in alle Arbeitspakete involviert und leitet insbesondere das Arbeitspaket Simulation. -
Identifikation von Interphaseneigenschaften in Nanokompositen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
MIOTY Lokalisierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. September 2018 - 14. September 2019
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft -
Kooperative Exploration und Analyse von Software in einer Virtual/Augmented Reality Appliance
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Kooperative Exploration und Analyse von Software in einer Virtual/Augmented Reality Appliance
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www2.cs.fau.de/research/Holoware/Der Aufwand für das Verstehen von Software umfasst in Entwicklungsprojekten bis zu 30% und in Wartungsprojekten bis zu 80% der Programmieraufwände. Deshalb wird in modernen Arbeitsumgebungen zur Software-Entwicklung eine effiziente und effektive Möglichkeit zum Software-Verstehen benötigt. Die dreidimensionale Visualisierung von Software steigert das Verständnis der Sachverhalte deutlich, und damit liegt eine Nutzung von Virtual-Reality-Techniken nahe.
Im Rahmen des Holoware Projekts schaffen wir eine Umgebung, in der Software mit Hilfe von VR/AR (Virtual/Augmented Reality) und Technologien der Künstlichen Intelligenz (KI) kooperativ exploriert und analysiert werden kann.
In dieser virtuellen Realität wird ein Software-Projekt oder -verbund dreidimensional visualisiert, sodass mehrere Benutzer gleichzeitig die Software gemeinsam und kooperativ erkunden und analysieren können. Verschiedene Nutzer können dabei aus unterschiedlichen Perspektiven und mit unterschiedlich angereicherten Sichten profitieren und erhalten so einen intuitiven Zugang zur Struktur und zum Verhalten der Software.
Damit sollen verschiedene Nutzungsszenarien möglich sein, wie z.B. die Anomalieanalyse im Expertenteam, bei der mehrere Domänenexperten gemeinsam eine Laufzeitanomalie der Software analysieren. Sie sehen dabei die selbe statische Struktur der Software, jeder Experte jedoch angereichert mit den für ihn relevanten Detail-Informationen. Im VR-Raum können sie ihre Erkenntnisse kommunizieren und so ihre unterschiedliche Expertise einbringen.
Darüber hinaus werden die statischen und dynamischen Eigenschaften des Software-Systems analysiert. Zu den statischen Eigenschaften zählen beispielsweise der Source-Code, statische Aufrufbeziehungen oder auch Metriken wie LoC, zyklomatische Komplexität o. Ä. Dynamische Eigenschaften lassen sich in Logs, Ablaufspuren (Traces), Laufzeitmetriken oder auch Konfigurationen, die zur Laufzeit eingelesen werden, gruppieren. Die Herausforderung liegt darin, diese Vielzahl an Informationen zu aggregieren, analysieren und korrelieren.
Es wird eine Anomalie- und Signifikanz-Detektion entwickelt, die sowohl Struktur- als auch Laufzeitauffälligkeiten automatisch erkennt. Zudem wird ein Vorhersagesystem aufgebaut, das Aussagen über die Komponentengesundheit macht. Dadurch kann beispielsweise vorhergesagt werden, welche Komponente gefährdet ist, demnächst auszufallen. Bisher werden die Ablaufspuren um die Log-Einträge angereichert, wodurch ein detailliertes Bild der dynamischen Aufrufbeziehungen entsteht. Diese dynamischen Beziehungen werden auf den statischen Aufrufgraph abgebildet, da sie Aufrufe beschreiben, die aus der statischen Analyse nicht hervorgehen (beispielsweise REST-Aufrufe über mehrere verteilte Komponenten).
Im Jahr 2018 konnten folgende wesentlichen Beiträge geleistet werden:- Entwicklung eines funktionsfähigen VR-Visualisierungsprototyps zu Demonstrations- und Forschungszwecken.
- Mapping von dynamischer Laufzeitdaten auf die statische Struktur als Grundlage für deren Analyse und Visualisierung.
- Entwurf und Implementierung der Anomalieerkennung von Ablaufspuren durch ein Unsupervised-Learning-Verfahren.
Im Jahr 2019 konnten weitere Verbesserungen erreicht werden:
- Erweiterung des Prototyps um die Darstellung dynamischen Software-Verhaltens.
- Kooperative (Remote-)Nutzung des Visualisierungsprototyps.
- Auswertung von Commit-Nachrichten zur Anomalieerkennung.
- Clustering der Aufrufe eines Systems nach Anwendungsfällen.
In dem Papier "Towards Collaborative and Dynamic Software Visualization in VR", das auf der International Conference on Computer Graphics Theory and Applications (VISIGRAPP) 2020 angenommen wurde, haben wir die Wirksamkeit unseres Prototyps zur Effizienzsteigerung beim Software-Verstehen gezeigt.
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Argumentationslogik-Manager & Argumentkontext-Graph
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
Von der Natur lernen: Energiegewinnung und Intersymbol-Interferenzmitigation mittels Wiederaufnahme von informationstragenden Molekülen in diffusionsbasierten Molekularen Kommunikationssystemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Erzeugung hierarchisch gegliederter Oberflächenfeingestalten durch spanende Verfahren zur Reduzierung von Eigenspannungen in CVD-Diamantschichten auf Stahl
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2020
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
Entwicklung einer Absicherungsmethodik für automatisiertes Fahren durch Fahr-/Funktionssimulation
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021Die Funktionssicherheit von Fahrerassistenzsystemen sowie automatisierter und vernetzter Funktionen ist vom Automobilhersteller in jeder denkbaren Verkehrssituation sicherzustellen. Im Entwicklungs- und Absicherungsprozess ist dazu eine erhebliche Zahl von Verkehrssituationen, sog. Szenarien, abzuprüfen. Dieser umfangreiche Prüfumfang lässt sich in Zukunft nur noch durch den massiven Einsatz von Computersimulation sinnvoll bewältigen. Um in diesen Simulationen eine entsprechende Validität und Praxisrelevanz zu erzeugen, müssen Modelle des eigenen Fahrzeugs, der Strecken und –Umgebung sowie des umgebenden Verkehrs adäquat modelliert werden.Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Methodik zur Absicherung von Systemen und Funktionen des automatisierten und vernetzten Fahrens mittels Computersimulation auf virtuellen Streckenmodellen konzipiert und prototypisch entwickelt werden. Aspekte, die dabei Berücksichtigung finden sollen, sind Qualitätsanforderungen an das Streckenmodell hinsichtlich unterschiedlicher Sensor- und Reglerfunktionen, erforderliche Parameter/Dimensionen für die darzustellenden (Verkehrs-)Szenarien, Klassifizierung der Ähnlichkeit/Genauigkeit von digitalen Zwillingen (Simulation und Versuchsfahrzeug) oder auch eine Validierungssystematik für solch ein virtuelles Umfeldmodell.
Aufbauend auf die Anforderungen an die Simulation und den Spezifikationen an das virtuelle Streckenmodell soll ein systematisches und belastbares Verfahren zur simulationsbasierten Absicherung von automatisierten Fahrfunktion erarbeitet werden. -
Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. September 2018
URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/ki/Mit der Entwicklung einer Vielzahl neuer Technologien hat diegesellschaftliche Relevanz des Themas Künstliche Intelligenz (KI) in denletzten Jahren stark zugenommen. Daraus ergibt sich ein Handlungsbedarf imBildungssektor, da KI-Systeme in der Lebenswelt der Schülerinnen und Schülerbedeutsam werden, das Thema jedoch aufgrund seiner Komplexität nicht intuitivdurchschaut werden kann. Anwendungsbeispiele wie selbstfahrende Autos undGesichtserkennungssoftware sind den Schülerinnen und Schülern bereits ausMedien und Sozialen Netzwerken bekannt, eine Einschätzung dieser Phänomene ist ihnenjedoch kaum möglich, da das Verständnis für die Funktionsweise von KI-Systemenfehlt. In diesem Zusammenhang ist es Aufgabe der Schule, Grundlagen undHintergründe des Themas zu vermitteln, um den Schülerinnen und Schülern einenangemessenen Umgang mit Künstlichen Intelligenzsystemen zu ermöglichen.Allerdings fehlt es aktuell an Ansätzen, Materialien und Studien, wie das Themaund die zugrunde liegenden Konzepte in den schulischen Unterricht integriertwerden können. Das Forschungsprojekt verfolgt daher das Ziel einer didaktischenAnalyse und Reduktion des Themenfeldes. In diesem Rahmen sollen Strategien undAnsätze für die Vermittlung des Themas Künstliche Intelligenz entwickelt undevaluiert werden.
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Integration Radar-basierter Kommunikation in heterogene Fahrzeugnetze für die kooperative Interaktion von Automobilen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Klassifizierung von Stressreaktions-Mustern induziert durch akuten Stress
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. September 2018Stress is a hidden epidemic – the World Health Organization estimates that mental diseases, including stress-related disorders, will be the second leading cause of disabilities by the year 2020. Since the negative economic impact of stress is substantial, there is an interest in detecting stress-related diseases as early as possible for early intervention, such as precision medicine approaches.
Stress can be differentiated into chronic and acute stress. As an example, social interactions with others can trigger acute stress. This response is characterized by strong biological reactions that affect the whole body through widely spread autonomic innervation and the secretion of stress hormones. Whereas adequate stress responses are a crucial and healthy physiological reaction, defective stress responses have been linked to DNA damage, over-expression of inflammatory genes, and declines in cognitive functioning, which are well known markers of physiological and biological age.
Therefore, the goal of this work is to use machine learning methods for the classification of those stress response patterns. Compared to classification by a trained professional this approach has the potential to reduce the required time, as well as increase the objectivity of the grouping.
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Laboranalyse von Degradationsmechanismen unter beschleunigter Alterung und Entwicklung geeigneter feldtauglicher bildgebender Detektionsverfahren und Entwicklung und Evaluation eines Algorithmus zur Fehlerdetektion und Prognostizierung der Ausfallwahrscheinlichkeit
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. August 2018 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Defektanalyse von Solarzellen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: iPV 4.0: Intelligente vernetzte Produktion mittels Prozessrückkopplung entlang des Produktlebenszyklus von Solarmodulen
Laufzeit: 1. August 2018 - 31. Juli 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Im letzten Jahrzehnt wurde in Deutschland eine große Zahl an Photovoltaik-Anlagen installiert. Damit diese eine konstant hohe Leistung liefern können, sind eine umfassende Qualitätskontrolle der Solarzellen in der Produktion und eine regelmäßige Überwachung der Module nach der Installation notwendig, um Defekte frühzeitig erkennen und Leistungseinbußen minimieren zu können. Um den Aufwand, der durch die Qualitätskontrolle und Überwachung entsteht, gering zu halten, ist ein hoher Automatisierungsgrad erforderlich.
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur automatisierten Erkennung und Klassifikation von Defekten an Solarzellen. Weiterhin sollen auf Basis der erkannten Defekte die zu erwartenden Leistungseinbußen prognostiziert werden. Außerdem sollen Umstände, die einen späteren Defekt begünstigen, identifiziert werden. So soll es möglich werden, Zellen, die später mit hoher Wahrscheinlichkeit ausfallen, bereits in der Produktion zu erkennen. -
Security Concepts for PSoCs
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2018 - 31. Juli 2020
Mittelgeber: IndustrieIn einem einjährigen Pilotprojekt mit der Schaeffler AG wurde ein Prototyp auf der Basis einer rekonfigurierbaren, FPGA-basierten System-on-a-Chip (SoC)-Plattform entwickelt. Zur Ermöglichung eines breiten Einsatzgebietes ist die Plattform modular Aufgebaut und kann durch I/O-Karten bedarfsgerecht auf das jeweilige Einsatzgebiet zugeschnitten werden. Durch die Kombination eines PSoC-Systems mit den modularen I/O-Karten eignet sich die Plattform hervorragend, um auf Anforderungen bezüglich Hardware und Software auch in Zukunft flexibel reagieren zu können.
Durch die geplante Vernetzung einzelner Plattformen als IoT-Knoten sollen nun geeignete Sicherheitskonzepte zum Schutz der aufgezeichneten und analysierten Daten und deren Transport entwickelt werden. Weiterhin sollen das Laden von Konfigurationen und auch Updates und Upgrades sicher und geschützt durchführbar sein.
Im Rahmen dieses von SHARE at FAU geförderten zweijährigen Projektes sollen daher wichtige Grundlagen zu allen Aspekten der Sicherheit zentraler Services, insb. am Beispiel des im Pilotprojekt betrachteten Prototyps erforscht werden. -
Schemainferenz und maschinelles Lernen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. August 2018Im Rahmen des Projekts SIML (Schemainferenz undmaschinelles Lernen) sollen aus unstrukturierten und semi-strukturierten Daten Informationen gewonnen werden, aus denen ein partielles konzeptuelles Schema abgeleitet werden kann. Methoden der topologischen Datenanalyse (TDA) werden in Kombination mit maschinellen Lernverfahren eingesetzt um dies weitestgehend zu automatisieren. Die Untersuchung von topologischen Merkmalen bietet eine Möglichkeit Informationen über Daten zu gewinnen, die als qualitativ verstanden werden. Insbesondere interessieren wir uns für eine stabile, persistente Form von natürlichen Daten bei der Verwendung von unüberwachten Lernverfahren. Als Kernkonzept sollen funktionale Abhängigkeiten nach der Aufbereitung der Daten untersucht werden, mit deren Hilfe anschließend ein geeignetes Schema definiert werden kann. Dabei gibt es Parallelen und Unterschiede für Zeitreihen bzw. persistente Daten, die ebenfalls herausgearbeitet werden sollen.
Motivation des Projekts ist der Nachweis, dass Schemataeine natürliche geometrische Struktur in Form eines Simplizialkomplexes aufweisen,die mittels topologischer Methoden untersucht bzw. sichtbar gemacht werden kann.
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Toleranzoptimierung statisch unter- und überbestimmter Baugruppen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2018 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Auch wenn in Serie gefertigte Produktescheinbar gleich sind, unterliegt jedes einzelne Produkt geometrischenAbweichungen, die sowohl die Funktion, als auch die vom Kunden wahrgenommeneQualität beeinflussen. Technisch zulässige Bauteilabweichungen werden dabei imRahmen der Toleranzspezifikation derart eingeschränkt, dass die gefordertenProduktanforderungen erfüllt werden. Da unnötig kleine Toleranzen die Fertigungskostenjedoch in die Höhe treiben, ist die Toleranzspezifikation stets eineGratwanderung nach dem Motto “so eng wie nötig, soweit wie möglich“. In diesem Kontext zielt die Toleranzsynthese darauf ab, beigegebenen Randbedingungen Toleranzen so zu vergeben, dass sowohl technische,als auch wirtschaftliche Gesichtspunkte bestmöglich erreicht werden.
In den vergangenen Jahren wurden daherunterschiedliche Toleranzsyntheseverfahren entwickelt, die diesen Zielkonfliktlösen sollen. Diese Verfahren weisen jedoch einige Unzulänglichkeiten auf. Sogibt es beispielsweise keine Strategien wie statisch über- oder unterbestimmteBaugruppen behandelt werden sollten. Dabei werden bei Konstruktionen immer wiederBauteile gezielt statisch unter- bzw. überbestimmt verbaut. Da bestehendeAnsätze eine simultane Toleranzoptimierung von mehreren Schließmaßen ebenfallskaum zulassen, herrscht hier weiterhin Forschungsbedarf. Im Rahmen diesesForschungsvorhabens wird daher ein Vorgehen zur Toleranzoptimierung statisch unter-und überbestimmter Baugruppen mit mehreren Schließmaßen erarbeitet. Dieses Zielwird erreicht, indem zuerst untersucht wird welche Einflussfaktoren diestatische Bestimmtheit eines Systems beeinflussen können. Dabei wird besonderesAugenmerk darauf gelegt inwieweit sich unterschiedliche Einflussgrößengegenseitig beeinflussen. Anschließend werden Methoden zur statistischenToleranzsynthese sowohl für statisch unter- als auch statisch überbestimmteBaugruppen erarbeitet und jeweils an einer Demonstratorbaugruppe beispielhaftangewendet. Die wissenschaftliche Herausforderung bei statisch unbestimmtenBaugruppen liegt darin, die Einflussgrößen und deren Wechselwirkungenmathematisch adäquat zu beschreiben, sodass mit Hilfe geeigneter Algorithmendie Toleranzoptimierung erfolgen kann. Anschließend werden die erarbeitetenMethoden auf Baugruppen mit mehreren Schließmaßen erweitert, sodass diesimultane Toleranzoptimierung gesamter Baugruppen erfolgen kann.
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind somit verifizierte Methoden,die eine Toleranzoptimierung von statisch unter- und überbestimmten Baugruppenmit mehreren Schließmaßen erlauben. Durch den Einsatz dieser Methoden könnenzeit- und kostenintensive Iterationen vermieden werden, da Toleranzen schon zu Beginnder Produktentwicklung bestmöglich vergeben werden.
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Lattice-Boltzmann Verfahren auf parallelen Hochleistungsrechnern für die Berechnung des Massen- und Impulstransportes schaumfähiger Produkte in Packungskolonnen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 12. Juli 2018 - 1. Januar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Verarbeitung schaumfähiger Produkte ist wichtiger Bestandteilvieler industrieller Prozesse. In vielen Fällen soll dabei das Auftreten vonSchäumen inhibiert werden, um negative Effekte auf Durchsatz, Trennleistung undandere Prozessparameter zu verhindern. In der Lebensmittelindustrie stelltunerwünschte Schaumbildung beispielsweise bei der Prozessierung von Milch,Zucker oder Getränkeprodukten eine Herausforderung dar. Maßnahmen zurInhibierung dieser unerwünschten Schaumbildung hängen in entscheidender Formvon den Möglichkeiten ab, die Mechanismen der Entstehung und der Stabilität desSchaumes besser zu verstehen, modellieren und prognostizieren zu können.
Ziel dieses Projektes ist es, dieses Verständnis mittels direkter numerischerSimulation von Schaumbildungs- und Schaumzerstörungseffekten zu erlangen. Umdie dabei zugrunde liegenden komplexen physikalischen Prozesse undGegebenheiten mit hoher Genauigkeit simulieren zu können, bedarf eshocheffizienter Algorithmen, die speziell auf die Architekturen modernerSupercomputer zugeschnitten sind. Die Simulationsumgebung waLBerla wird gezieltfür derartige Anwendungsfälle am Lehrstuhl entwickelt. Schwerpunkt der Softwareist dabei die Simulation von Fluiden mit der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM).Diese eignet sich aufgrund Ihrer hohen Effizienz und guten Parallelisierbarkeitinsbesondere für die Simulation komplexer strömungsmechanischer Prozesse, wiebeispielsweise mehrphasige Strömungen.
Ein erstes Ziel des Projektes stellt die Erweiterung der bereits vorhandenenLBM-Implementierung in waLBerla für die Simulation freier Oberflächen dar. ImVordergrund steht dabei, das Berechnungsgitter im Bereich der Grenzflächezwischen den verschiedenen Phasen adaptiv zu verfeinern und so die Effizienzder Software weiter zu steigern. Basierend auf dieser Erweiterung wird imweiteren Projektverlauf die Umströmung einzelner Körper simuliert, die aufgrundihrer geometrischen Beschaffenheit eine Schaumbildung inhibieren sollen. InZusammenarbeit mit Kooperationspartnern werden die Simulationsergebnisseexperimentell validiert. Die Geometrien dieser umströmten Körper werden dann mithilfevon Simulationen weiter im Hinblick auf Schauminhibierung optimiert. In einemweiteren Schritt werden die Simulationen auf Schüttungen von Füllkörpernerweitert. Basierend auf den Simulationsergebnissen, können Schüttungen derartoptimierter Körper dann beispielsweise in Rektifikationskolonnen derLebensmittelindustrie die Schaumbildung unterbinden. -
Implementation von Vektoroperationen für SBCL
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 10. Juli 2018 - 31. März 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)Ziel des Projekts ist es, AVX2 Vektoroperationen für die Common LispImplementierung SBCL verfügbar zu machen. SBCL ist derpopulärste und am weitesten Entwickelte freie Compiler für CommonLisp. Die Verbesserungen aus diesem Projekt machen es möglichCommon Lisp Programme zu schreiben, deren Ausführungsgeschwindigkeitmit C++ und Fortran Programmen auf Augenhöhe liegt. Dadurchergeben sich interessante Möglichkeiten der Metaprogrammierung imwissenschaftlichen Rechnen. -
Multiscale modeling of nervous tissue: comprehensively linking microstructure, pathology, and mechanics
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2019 -
Theoretische Grenzen und algorithmische Verfahren verteilter komprimierender Abtastung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Anwendung von Deep Learning für Signalanalysen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: IndustrieDie Anforderungen an moderne Systeme stellt die Unternehmen der Antriebstechnik vor die Herausforderung, die Kompetenz im Bereich der aktuellen Entwicklungen im Bereich Maschinelles Lernen zu stärken. Die Aufwände für die Etablierung dieser Kompetenz sind für Schäffler leichter zu bewältigen, wenn starke Forschungspartner im genannten Bereich miteinbezogen werden. Dieser Partner wird im skizzierten Projekt der Lehrstuhl für Maschinelles Lernen und Datenanalytik der FAU sein. Als Ergebnis des Projekts erhalten Schaeffler sowie die Unternehmensbereiche Methodenkompetenz im Bereich Maschinelles Lernen im Allgemeinen sowie neue Ansätze für Deep Learning Algorithmen für Signalanalysen im Besonderen.
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Entwicklung eines Perfusions-Bioreaktors für die Entwicklung regernativer Skelettmuskel-Scaffolds ("MyoReactor"); Teilprojekt FAU: Entwicklung eines dualen Perfusion-Bioreaktors mit Umgebungssensorik, integrierter Optik und Aktorik für Studien zur Regeneration und Rezellularisierung von Skelettmuskel-Scaffolds
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung eines Perfusions-Bioreaktors für die Entwicklung regernativer Skelettmuskel-Scaffolds ("MyoReactor"); Teilprojekt FAU: Entwicklung eines dualen Perfusion-Bioreaktors mit Umgebungssensorik, integrierter Optik und Aktorik für Studien zur Regeneration und Rezellularisierung von Skelettmuskel-Scaffolds
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Im Bereich Tissue Engineering und der Regenerativen Medizin stellt die Herstellung von künstlichem Gewebe (besonders von Skelettmuskulatur) hohe Herausforderungen an die Langzeitinkubation vitaler Systeme an Bioreaktortechnologien. Dies liegt besonders daran, dass Skelettmuskulatur in vivo komplexen mechanischen Stressmustern unterworfen ist, die zwar durch ihre Struktur im Zellverband begünstigt wird, jedoch andererseits auch zur Ausprägung dieser beiträgt. Heutzutage stehen wir der Notwendigkeit und Vision einer Spenderbank für künstlich gezüchtete Muskeln näher denn je. Bis dato scheitern jedoch selbst innovative Bioreaktorsysteme daran den in vivo Bedingungen für die Züchtung künstlicher Skelettmuskulatur zu genügen. Oftmals sind solche Systeme nur auf Akut-Testungen ausgerichtet, d.h. enthalten keine Langzeitinkubations- oder gar Bioreaktorumgebung, wobei bei fortgeschrittene Systemen Mikro-Umgebungssensorik oder Bildgebung nur unzureichend implementiert sind. Unser Anspruch ist es daher, einen neuartigen dualen Perfusions-Bioreaktor mit integrierter optischer Auslese, mechanischer und elektrischer Stimulation, Auswertung und Regulierung der Umgebungsparameter (pH, pO2, Temper
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Laserimplantation an Presshärtewerkzeugen zur Beeinflussung der tribologischen und thermischen Eigenschaften im Prozesseinsatz (DFG ME 2043/68-1)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Entwicklung eines Modellrepositoriums und einer Automatischen Schriftarterkennung für OCR-D
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Systematische Studien zur Schaumprävention und -inhibierung durch Identifikation von Grenzflächen-Nichtexistenz-Domänen und ihre Realisierung mittels adaptiver Gestaltung von Kolonnenfüllkörpern und -packungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Herstellung von Partikeln für das selektive Lasersintern über Flüssig-Flüssig-Phasenseparation und Fällung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Zielstellung dieses Projekts ist die Entwicklung neuartiger, teilkristalliner Polymerpartikelsysteme für das selektive Laserstrahlschmelzen (SLS) über Flüssig-Flüssigphasenseparation und Fällung für Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyoxymethylen (POM) sowie Polyvinylidenfluorid (PVDF). Auswahlkriterien für geeignete Lösemittel für die Phasenseparation werden über ein iteratives Screeningverfahren, das auf Hildebrand und Hansenparametern basiert, abgeleitet. In-situ-Modellexperimente sollen unter Nutzung von dynamischer Lichtstreuung, optischer Mikroskopie, Impedanzspektroskopie und ex-situ Elektronenmikroskopie detaillierte Einblicke in die während der Phasenseparation und Partikelbildung ablaufenden Prozesse liefern. Ein vertieftes mechanistisches Verständnis der Prozessschritte Nukleation, Koaleszenz und Wachstum sollen erarbeitet und deren Abhängigkeiten von der Systemzusammensetzung und der Temperatur-Zeit-Historie eingehend studiert werden. Der Fällprozess wird im kleineren Technikumsmaßstab etabliert, wobei der Zusammenhang zwischen Prozess- (z.B. Rühren, Kühlregime) und Materialparametern auf die resultierenden Schüttguteigenschaften der Produktpartikeln systematisch untersucht wird. Weiterhin wird die in-situ-Funktionalisierung der Partikeln mit nanopartikulären Fließhilfsmitteln sowie thermischen Stabilisatoren (Antioxidantien) studiert, es werden Scale-up-Kriterien abgeleitet und schließlich ausreichende Mengen der Pulver hergestellt, die Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit der neuartigen Partikelsysteme im SLS-Prozess erlauben werden. Eine eingehende Strukturcharakterisierung der SLS-Partikeln bezüglich Kristallinität, Polymorphismus, thermischen Eigenschaften sowie Morphologie erfolgt unter Nutzung von Differenzkalorimetrie, Röntgenbeugung, Schwingungsspektroskopie (IR, Raman) und Elektronenmikroskopie. Der Einfluss von Prozessparametern auf die Molmassenverteilung des Polymers sowie dessen Schmelzeviskosität wird mittels Gelpermeations-chromatographie und Schmelzerheologie untersucht. Schüttguteigenschaften der Produkte, insbesondere die für den SLS-Prozess besonderes relevanten Partikelgrößenverteilung und Fließfähigkeit werden mittels Laserbeugungsspektrometrie bzw. Schertestern und Modellexperimenten zum Pulverauftrag charakterisiert. Das erhaltene Verständnis zu Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und die von Kooperationspartnern gewonnenen Erkenntnisse zum SLS-Verarbeitungsverhalten der neuartigen Materialien werden zur weitergehenden Optimierung des Fällungsprozesses genutzt um die neuen Pulversysteme auf die gewünschten Eigenschaften hin anzupassen. Schließlich werden neuartige SLS-Pulver mit verbesserten Materialeigenschaften, wie beispielsweise hoher chemischer Beständigkeit (PET, PBT, PVDF), Schlagzähigkeit (PBT), hoher Steifigkeit oder exzellenter Dimensionsstabilität (PET, PBT, POM) verfügbar, die Möglichkeiten eröffnen das Anwendungsspektrum SLS-gefertigter Bauteile deutlich zu erweitern.
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FuelBand2 - Feuerungs- und Brennstoffoptimierung zur Verwertung von Reststoffen in Biomassefeuerungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Feuerungs- und Brennstoffoptimierung zur Verwertung von Reststoffen in Biomassefeuerungen
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/bmwi-projekt-fuelband2/Das Projekt „FuelBand2“ thematisiert problematische Ascheablagerungen („Verschlackung“) in Biomasseheizkraftwerken mit dem Ziel, deren Entstehung zu verringern beziehungsweise im Anlagenbetrieb zu detektieren und passende Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Dadurch können kostengünstige Biomasserest- und Abfallstoffe effizient und risikoarm verwertet werden. FuelBand2 ist das Nachfolgeprojekt zu „FuelBand“.
Übergeordnetes Projektziel ist es, Brennstoffvorbehandlungs- und Anlagenbetriebsstrategien zur Reduktion der Verschlackungsneigung zu entwickeln und zu demonstrieren und darüber hinaus ein Verschlackungsfrühwarnsystem für einen aktiven Regelungseingriff innerhalb von Biomassefeuerungen zu realisieren und zu erproben. Der innovative technologische Aspekt ist dabei, den „Machine learning“-Ansatz von selbstlernenden und damit erfahrungsbasierten Regelungsstrategien auf Biomasseheizkraftwerke zu adaptieren und dessen Potential im Rahmen eines Einsatzes an einer realen Anlage zu demonstrieren. Dazu werden experimentelle Untersuchungen im Labor- und Technikumsmaßstab sowie CFD-Simulationen der 6 MW Rostfeuerung des Projektpartners durchgeführt. An dieser Anlage werden zudem weitere Sensoren für das Data Mining installiert.
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Charakterisierung, Simulation und Erprobung ausgewählter physikalischer Schaumzerstörungsverfahren in großskaligen Produktionsanlagen - Teilprojekt 8 - Physikalisch basiertes Management störender Schäume in Produktionsanlagen: Prävention, Inhibierung und Zerstörung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Charakterisierung, Simulation und Erprobung ausgewählter physikalischer Schaumzerstörungsverfahren in großskaligen Produktionsanlagen - Teilprojekt 8 - Physikalisch basiertes Management störender Schäume in Produktionsanlagen: Prävention, Inhibierung und Zerstörung
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Echtzeitsignalverarbeitung verteilter Radarsysteme im Bereich des autonomen Fahrens
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Programmable Systems for Intelligence in Automobiles
Laufzeit: 16. Juni 2018 - 30. April 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Am 1. Mai 2018 startete das Forschungs- und Innovationsprojekt PRYSTINE, unter gemeinsamer Finanzierung der Europäischen Union durch ECSEL und den nationalen Regierungen der ECSEL-Mitgliedstaaten. Der Lehrstuhl für Technische Elektronik repräsentiert im Konsortium von über 50 europäischen Partnern die FAU.
Unter den tatsächlichen Trends, die die Gesellschaft in den kommenden Jahren beeinflussen werden, zeichnet sich das autonome Fahren insbesondere durch das Potenzial aus, die Automobilindustrie, wie wir sie heute kennen, zu verändern. In der Folge wird dies auch die Halbleiterindustrie stark beeinflussen und neue Marktchancen eröffnen, da Halbleiter als „Enabler“ für autonome Fahrzeuge eine unverzichtbare Rolle spielen. Autonomes Fahren wurde als eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Bewältigung der gesellschaftlichen Herausforderungen einer sicheren, sauberen und effizienten Mobilität identifiziert. Dazu ist ein ausfallsicheres Verhalten unerlässlich, um sicherheitskritische Situationen aus eigener Kraft zu bewältigen. Dies wird mit heutigen Ansätzen auch aufgrund fehlender zuverlässiger Umgebungswahrnehmung und unzureichender Sensorfusion nicht erreicht.
Im Projekt mit dem Titel „Programmable Systems for Intelligence in Automobiles“ (PRYSTINE) geht es im Allgemeinen darum, eine robuste und ausfallsichere rundum Wahrnehmung der Umgebung von Fahrzeugen zu realisieren. Mittels robuster Sensordatenfusion von Radar-, LiDAR- und Kameradaten, sowie ausfallsicheren Steuerungsfunktionen, soll möglichst sicheres autonomes Fahren in städtischer und ländlicher Umgebung ermöglicht werden.
Am Lehrstuhl für Technische Elektronik soll im Rahmen von PRYSTINE eine robuste Umwelterfassung und Bildgebung mittels MIMO Radarsensoren erfolgen. Hierbei sollen auch unterschiedliche Einflüsse und Szenarien, wie zum Beispiel Funkinterferenzen oder die Detektion im Nahfeld für Automobilradare betrachtet werden. Des Weiteren sollen Teile der traditionellen Radarsignalverarbeitungskette, von der Interferenzreduktion, bis hin zu Detektion, Klassifikation und Tracking von Verkehrsteilnehmern, schrittweise durch maschinelles Lernen ersetzt werden.
Vollständige Informationen über dieses Projekt finden Sie auf der offiziellen Website: www.prystine.eu -
Relevanzanalyse zur Berücksichtigung der kinematischen Verfestigung in Tiefziehprozessen mit geschlossenem Profil
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Kritischer Katalog der Luther-Bildnisse (1519-1530)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: https://www.gnm.de/forschung/projekte/luther-bildnisse/Die Bedeutung Martin Luthers für die Religions- undKulturgeschichte ist unbestritten. Anders als seine Werke sind die für seineWirkungsgeschichte ebenso wichtigen zeitgenössischen Porträts (Gemälde und Druckgrafik) jedoch wedervollständig gesammelt noch kritisch erschlossen. Das gemeinsame Projekt der FAU, des Germanischen Nationalmuseums Nürnberg und der TH Köln wurde initiiert, um in einem interdisziplinären Ansatz, der die Bereiche Kunstgeschichte, Kirchengeschichte, Kunsttechnologie, und Informatik umfasst, einen kritischen Katalog der Luther-Bildnisse für die Jahre 1519 bis 1530 zu erstellen. Dabei sollen Fragen der Authentizität, der Datierung der Kunstwerke und ihres historischen Verwendungszusammenhangs sowie das Vorliegen eventueller serieller Produktionsweisen untersucht werden.
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Automatisiertes Intraoperatives Tracking zu Ablauf- und Dosisüberwachung in Röntgengestützten Minimalinvasiven Eingriffen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Das Ziel dieses Projektes ist die Erforschung von multimodalen Methoden für die interventionelle Auswertung der Arbeitsabläufe im OP. Dies wird in einem internationalen Projektkontext erforscht, der Partner in Deutschland und Brasilien (UNISINOS in Porto Alegre) hat. Hierfür sollen Methoden entwickelt werden, die die Auswertung der Arbeiten im OP anhand von körpergetragenen Sensoren, Kameras, und weiteren Modalitäten, wie den Röntgenbildern, die während der OP gemacht werden, erlauben. Dafür werden Techniken aus den Bereichen des Rechnersehens, des maschinellen Lernens, und der Mustererkennung eingesetzt. Das System wird so integriert, dass sowohl körpergetragene Sensoren der Firma Portabiles als auch Angiographiesysteme der Firma Siemens Healthcare zusammen eingebunden werden können.
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Automatisiertes Intraoperatives Tracking zur Ablauf- und Dosisüberwachung in RöntgengestütztenMinimalinvasiven Eingriffen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Automatisiertes Intraoperatives Tracking zur Ablauf- und Dosisüberwachung in RöntgengestütztenMinimalinvasiven Eingriffen
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Rekonstruktion von Argumenten aus Noisy Text
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
i3upgrade - Integrated and intelligent upgrade of carbon sources through hydrogen addition for the steel industry
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Integrated and intelligent upgrade of carbon sources through hydrogen addition for the steel industry
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 30. November 2021
Mittelgeber: Europäische Union (EU)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/eu-project-i³upgrade/Das Projekt i3upgrade zielt auf die intelligenteund integrierte Aufwertung von Kohlenstoffquellen in der Stahlindustrie durch wasserstoffintensivierteSynthesen ab. Im Gegensatz zu etablierten Syntheseverfahren ist das Ziel indiesem Projekt die direkte Methan- und Methanolsynthese in einem Stahlwerkunter dynamischen und transienten Bedingungen, wobei diese Synthesen mit einerzukunftsweisenden Kontrollstrategie betrieben werden. Eine agentenbasierteModellierung demonstriert die Möglichkeiten zur Reduzierung von CO2-Emissionenin Stahlwerken im Rahmen sich abzeichnender volatiler Märkte auf. Der finaleMachbarkeitsnachweis der neuen Regelungsstrategien wird sowohl mit realenabgefüllten Gasen aus dem Stahlwerk als auch mit einer komplexen Gasmatrix auseinem bestehenden Vergaser durchgeführt.
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Ähnlichkeitsanalyse von Kunstwerken
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Kritischer Katalog der Luther-Bildnisse (1519-1530)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: https://www.gnm.de/forschung/forschungsprojekte/luther-bildnisse/Die Ähnlichkeitsanalyse von Porträts ist wichtig für viele Wissenschaften wie Kunstgeschichte oder digitale Geistes- und Sozialwissenschaften (Digital Humanities), da sie Hinweise auf die Authentizität oder die zeitliche und kontextuelle Einordnung der Kunstwerke geben kann und darüber hinaus Rückschlüsse bezüglich serieller Produktionsweisen liefern kann.
Gegenstand der Ähnlichkeitsanalyse sind digitalisierte Gemälde und Druckgrafiken. Im Projekt werden Algorithmen zur Registrierung der Porträts entwickelt um sie digital übereinanderzulegen. Dies schließt zum einen die Registrierung von Gemälden oder Druckgrafiken ein, aber auch die gattungsübergreifende Registrierung zwischen Gemälden und Druckgrafiken sowie die modalitätenübergreifende Registrierung zwischen Aufnahmen verschiedener bildgebender Untersuchungsverfahren wie visueller Licht-Fotografie und Infrarotreflektografie. Schließlich werden Methoden entwickelt um die Porträts hinsichtlich ihrer Ähnlichkeit objektiv zu analysieren.
Es handelt sich um ein gemeinsames Projekt der FAU, des Germanischen Nationalmuseums in Nürnberg und der Technischen Hochschule Köln. Ziel des interdisziplinären Projekts mit den Fachbereichen Kunstgeschichte, Kunsttechnologie, Reformationsgeschichte und Informatik, ist es einen kritischen Katalog der Lutherbildnisse (1519-1530) zu erstellen. -
Advanced Computed Tomography for dimensional and surface measurements in industry
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Advanced Computed Tomography for dimensional and surface measurements in industry
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
URL: https://www.ptb.de/empir2018/advanct/home/Computed tomography (CT) is an aspiring contact-free measurement method which allows to determine the complete geometry of objects (inner and outer geometry including surface texture) typically not fully accessible to other measurement methods.
To support dimensional metrology in future advanced manufacturing, the project will develop traceable CT measurement techniques for dimensions and surface texture. Open issues regarding traceability, measurement uncertainty, sufficient precision/accuracy, scanning time, multi-material, surface form and roughness, suitable reference standards, and simulation techniques will be clarified.
Therefore the AdvanCT project will face the following objects:
- To develop traceable and validated methods for absolute CT characterisation including the correction of geometry errors by 9 degrees of freedom (DoF). This will include the development of reference standards, traceable calibration methods and thermal models for instrument geometry correction, as well as the correction of errors originating in the X-ray tube and the detector in order to improve CT accuracy.
- To develop improved and traceable methods for dimensional CT measurements with focus on measurements of sculptured / freeform surfaces, roughness, and multi-material effects including supplementary material characterisation.
- To develop fast CT methods for inline applications based on improved evaluation of noisy, sparse, few, or limited angle X-ray projections, reconstruction methods. This will be done using reduced number of projections from well-known directions and include enhanced post-processing.
- To develop traceable methods for uncertainty estimation using virtual CT models and Monte-Carlo simulations. This will include calibrated reference standards, the determination of accurate model parameters and the development of correction methods for specific CT image forming artefacts.
- To facilitate the take up of the technology and measurement infrastructure developed in the project by the measurement supply chain (accredited laboratories, instrumentation manufacturers), standards developing organisations (e.g. ISO TC213, VDI-GMA 3.33 Technical Committee Computed Tomography in Dimensional Measurements) and end users (e.g. plastic manufacturers, automotive, telecommunication, medical and pharmaceutical industries and metrology service providers).
The institute of manufacturing metrology will focus on the following aspects:
- The investigation of temperature variation within a CT system and its impact on projection stability as well as measurement deviations. The resulting thermal data can improve the characterization of CT systems.
- The systematic determination of model parameters for measurement simulation („digital twin“). The simulation of the measurement process could allow e.g. numerical measurement uncertainty evaluation. A successful parameter determination is a prerequisite for a faithful virtual CT model. Therefore, it is a key element for the simulation based uncertainty evaluation
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Einfluss struktureller Phasenübergänge auf die mechanischen Eigenschaften bleifreier Kalium-Natrium-Niobat Piezokeramiken
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Open Badges: Eine Open-Source Plattform zur Analyse von sozialen Interaktionen und Gruppendynamik
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 30. Mai 2018 - 30. November 2018 -
Evaluation moderner Menschen des maschinellen Lernens für die Funklokalisierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Mai 2018 - 14. Mai 2020
Mittelgeber: Fraunhofer-GesellschaftIm Rahmen dieses Projekts wurden Methoden und Techniken des maschinellen Lernens im Anwendungsfeld der Lokalisierung untersucht. Dabei konnten tiefe neuronale Netze dazu verwendet werden, um nichtlineare Ausbreitungsbedingungen bei der Funklokalisierung zu modellieren, um eine Positionsbestimmung selbst bei schwierigen, metallischen Umgebungen zu ermöglichen. Weiterhin wurde untersucht, inwiefern die zeitliche Betrachtung der Funksignale mittels rekurrenter neuronaler Netze einen Mehrwert direkt in der Lokalisierungsalgorithmik liefern kann und inwiefern diese sich effizient mit klassischen Methoden (wie z.B. Kalman-Filtern) kombinieren lassen.
Darüber hinaus konnten erste Erkenntnisse bzgl. einer Fusion mit Kameradaten gewonnen werden. Funkbasierte Lokalisierungssysteme haben gegenüber optischen Lokalisierungstechnologien Vorteile, sobald es zu Verdeckungsproblemen kommt. Im Gegenzug haben Funk-basierte Systeme Probleme mit metallischen Aufbauten/Oberflächen, da die Funkwellen an metallischen Oberflächen reflektiert werden und damit über mehrere Pfade an den Empfangsantennen empfangen werden. Es konnte ein Fusionsfilter entwickelt werden, welcher die gegenseitigen Schwächen der Systeme ausgleicht und ein genaues aber auch zugleich robustes Tracking erlaubt.
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Programmable Systems for Intelligence in Automobiles
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Programmable Systems for Intelligence in Automobiles
Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. April 2021
Mittelgeber: Europäische Union (EU) -
Computergestützte Analyse traditioneller georgischer Vokalmusik (GVM)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. April 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Georgia has a rich cultural heritage. Its traditional polyphonic vocal music, which has been acknowledged as Intangible Cultural Heritage by the UNESCO in 2001, is one of the most prominent examples. Being an orally transmitted culture, most of the sources are available as field recordings (often with rather poor audio quality). Musicological research using these sources has usually been conducted on the basis of notated musical scores, which were obtained by manually transcribing the audio material. Such approaches are problematic since important tonal cues and performance aspects are likely to get lost in the transcription process. Furthermore, previous studies often suffer from subjectivity and reproducibility issues. In this context, our general goal for the GVM project is to advance ethnomusicological research with a focus on traditional Georgian vocal music by employing computational methods from audio signal processing and music information retrieval (MIR). More specifically, we have three main objectives. First, we aim at improving the understanding of traditional Georgian vocal music by analyzing a newly-created corpus of (high-quality) field recordings. Second, by developing novel computational tools applied to a concrete music scenario, we want to explore and demonstrate the potential of computer-assisted methods for reproducible and corpus-driven research within the humanities. Third, by systematically processing and annotating a unique multimodal collection of field recordings as well as by implementing tools for accessing and analyzing this data with web-based technologies, our ambition is to contribute to the preservation and dissemination of the rich, yet endangered Georgian musical heritage.
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Modelling the progression of neurological diseases
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Training Network on Automatic Processing of PAthological Speech
Laufzeit: seit 1. Mai 2018
Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)Develop speech technology that can allow unobtrusive monitoring of many kinds of neurological diseases. The state of a patient can degrade slowly between medical check-ups. We want to track the state of a patient unobtrusively without the feeling of constant supervision. At the same time the privacy of the patient has to be respected. We will concentrate on PD and thus on acoustic cues of changes. The algorithms should run on a smartphone, track acoustic changes during regular phone conversations over time and thus have to be low-resource. No speech recognition will be used and only some analysis parameters of the conversation are stored on the phone and transferred to the server.
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Simulation von klimafreundlichen Luftschiffen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. November 2022Durch die Luftfahrt werde viele Klima schädliche Gase in die Erdatmosphäre ausgestossen. Ein alternative und Klima freundliche Luftfahrt wäre durch Luftschiffe möglich. Wichtig ist dabei jedoch Sonnenenergie und Windenergie optimal auszunutzen. Ziel des Forschungsbereiches ist es optimale Routen für die Luftfahrt mit Luftschiffen zu finden und die Luftschiffe hierfür optimal auszulegen.
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Advanced in-process monitoring and self-optimisation of Electron Beam additive manufacturing process
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. April 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Formale Verifikation in der Fertigungsautomatisierung (Projektabschnitt A)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. April 2018 - 14. April 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Entwicklung eines innovativen, kostengünstigen CFK-Baukastensystems zur modularen Fertigung von preiswerten Rahmenkonstruktion aus CFK-Halbzeug mithilfe modernisierten, automatisierten Konstruktionssimulationen für gewichtbezogene Stabilitätserhöhungen von mehr als 20 %
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. April 2018 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Das Ziel dieses Vorhabens ist es somit, eine Möglichkeit zu entwickeln, CFK-Hohlprofile modular zu einem komplizierten Rahmensystem verbinden zu können, um auf diese Weise Rahmen aus vorgefertigten CFK-Hohlprofilen modular, kostengünstig, anpassbar und robust fertigen zu können. Durch die Produktion in einem standardisierten Wicklungsverfahren können CFK-Hohlprofile und Verbindungselemente mit einem zu Aluminium konkurrenzfähigen Preis hergestellt werden. Dabei kann das Gewicht um mindestens 20% bei gleichbleibender Steifigkeit realisiert werden, was sich unmittelbar auf Leistungswerte und damit verbunden auch Emissionswerte auswirkt. Durch die deutlich erhöhte Beständigkeit gegenüber Korrosion und Verschleiß sind produzierte Systeme zudem nachhaltiger und kostengünstiger in der Wartung.
Eine solche Entwicklung soll grundlegend in zwei innovativen Arbeitsschritten erfolgen: Die HA-CO Carbon GmbH wird sich mit der Entwicklung der Komponenten eines modularen Systems – also der Produktion von standardisierten, gewickelten CFK-Hohlprofilen und anpassbaren, gewickelten Verbindungselementen – sowie der Entwicklung einer Technologie zur Verbindung solcher Halbzeuge – als weltweit erstes Vorhaben dieser Art – beschäftigen. Um die Anwendbarkeit und das schnelle Vordringen in viele Marktsektoren zu garantieren wird die Arbeitsgruppe des Lehrstuhls für Konstruktionstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg um Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack eine Methode entwickeln, Rahmenaufbauten aus CFK-Halbzeugen statisch simulieren und automatisiert konstruieren zu können. Eine solche Simulation stellt aufgrund des komplexen Aufbaus von CFK – mit anisotropen Materialeigenschaften durch die anpassbare Faserausrichtung – eine große Herausforderung dar. Angestrebt wird hierbei die Leichtbaukonstruktionen aus CFK auf einen Stand der Anwendbarkeit zu bringen, der für herkömmliche Konstruktionsmaterialien, wie Aluminium oder Stahl – längst zum Standard gehört.
Ein konkretes Ziel des Vorhabens ist mit dieser innovativen Technologie als ersten Demonstrator einen Motorradrahmen zu konstruieren. Dieser wurde in ersten Vorversuchen an der FAU bereits in einer virtuellen Konstruktionsstudie simuliert und bildet die zielweisende Idee des angestrebten Vorhabens. Ein anderes Beispiel für die Auswirkung einer solchen Entwicklung wäre ein Fahrradrahmen aus CFK, wie er bereits jetzt schon sehr verbreitet im Radsport ist. Während ein Stahlrahmen für ein Rennrad für etwa 100 € verfügbar ist, kostet ein gleichwertiger Rahmen aus CFK in etwa 1000 €, da jeder Rahmen in Handarbeit durch schichtweises Laminieren hergestellt wird. Durch die hier vorgeschlagene Entwicklung eines Baukastensystems könnte ein solcher Rahmen für etwa 300 € hergestellt werden und dabei bessere Materialparameter aufweisen, da alle Bauteile automatisiert gewickelt und nicht händisch laminiert oder gepresst wurden.
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Interaktive, immersive Verknüpfung von Live-Veranstaltungen an unterschiedlichen Orten unter Nutzung neuer Plattformen und technischer Möglichkeiten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 30. September 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Molekulare Simulationen zur Entwicklung nanoskaliger Verbundwerkstoffe aus Metallen und Kohlenstoff-Nanoteilchen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Fehlerdiagnose verteilt-parametrischer Systeme mittels Modulationsfunktionen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
VR Amblyopie Trainer
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Durch eine Digitale Therapie mittels eines Virtual Reality-Systems(VR-System) wird eine Sehstörung bzw. werden amblyogene Risikofaktorenbehandelt, um Entwicklungsbeeinträchtigungen eines Kindes und derenmöglicherweise lebenslange Konsequenzen zu vermeiden oder zumindest zuvermindern. Amblyopie ist eine funktionale Sehschwäche eines Auges, die aufeiner unzureichenden Entwicklung des Sehsystems während der frühen Kindheitberuht. In Mitteleuropa wird eine Amblyopiehäufigkeit von 5 bis 6 % derBevölkerung angenommen. Amblyopie gilt als Hauptursache für visuelle Funktionseinschränkungenwährend der ersten 45 Lebensjahre. Die jetzige Okklusionstherapie behandelt nurdas schwache Auge, unterdrückt die Binokularitätsentwicklung und verursachtmedizinische Nachteile: Bei durch Okklusion amblyopiebehandelten Kindern zeigtesich ein Visusverlust am Ende der Behandlung im okkludierten gesunden Auge vonungefähr die Hälfte der Visuszunahme im amblyopen Auge und einer Verminderungder Binokularität. Der in diesem Projekt vorgeschlagene VR-AMBLOYPIE TRAINERsoll diese Nachteile nicht aufweisen, da keine Okklusion erfolgt und dieBinokularität gestärkt wird. Virtual Reality gilt als zukünftigeSchlüsseltechnologie in der Medizin. Edukative, diagnostische und therapeutischeAnsätze nutzen vermehrt diese Technik.
Durch das neue Therapiekonzept des VR-AMBLOYPIE TRAINER mit Stärkungder binokularen Funktion kommt es zur Verbesserung sowohl der Sehschärfe desamblyopen Auges als auch der binokularen Sehfunktion. Der VR-AMBLOYPIE TRAINERführt dazu, dass das amblyope Kind mit einer VR-Brille ein virtuellesBallfangen spielt und dadurch die Amblyopie behandelt. Das Kind interagiertspielerisch und greift nach Bällen, die ein virtueller Mitspieler dem Kindzuwirft. Nur durch Nutzung beider Augen und einer erfolgreichen binokularenInteraktion kann der Ball korrekt erkannt und zurückgespielt werden. Durchwiederholtes Durchführen der visuellen Aufgabenstellungen in der „virtuellenRealität“ mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad wird die binokulare Interaktiongesteigert und verbessert.
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Mechanische Eigenschaften und Bruchverhalten von dünnen Schichten
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: In-situ-Mikroskopie mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden
Laufzeit: 1. April 2018 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK) -
Aufbau internationaler Kooperationen zum Thema 'Entwicklung eines Forschungsantrages zur "Entwurfsoptimierung und Entwicklung eines Smartphone-integrierten medizinischen Diagnosegerätes"'
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Im modernen Gesundheitswesen werden Krankheiten oft durch umfassende Analyse von Blutproben prognostiziert und diagnostiziert. Bei Krankheiten wie Malaria, Anämie oder Sichelzellkrankheit ändert sich die Zellmorphologie von Erythrozyten (roten Blutkörperchen). Dadurch wird die Blutflusscharakteristik in solcher Weise verändert, dass Krankheiten anhand von Blutflussparametern wie effektiver Rheologie oder Durchflussrate erkannt werden können. Darüber hinaus werden bestimmte hämatologische Erkrankungen,
wie solche aufgrund geänderter Hämatokritwerte, wahrscheinlich durch mechanische Parameter von Erythrozyten beeinflusst, sowie durch deren Interaktionen mit dem Blutfluss.Der hier beantragte Sondierungsbesuch verfolgt den Aufbau und die Förderung einer internationalen Kollaboration für die Ausarbeitung eines Forschungsantrags. Im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens steht der Entwurf und die Entwicklung eines kostengünstigen, portablen, robusten mikrofluidischem Systems zum Vorscreening und zur kontinuierlichen Beobachtung von Krankheiten anhand von Blutproben. Dieses medizinische Diagnosegerät wird mit Hilfe modernster Multiphysik-Simulationen speziell für rasche Vor-Ort-Diagnostik bei minimalem Verbrauch an Blutproben entwickelt. Die vom zu entwickelnden mikrofluidischen Biosensor erzeugten Ausgaben werden durch eine spezifische Android-basierte Smartphone-Umgebung erfasst, welche die aufgenommenen Signale für Analyse- und Diagnosezwecke entsprechend weiterverarbeitet.
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Deep Learning in der Tierlinguistik
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. April 2018 - 1. April 2022Deep Learning angewandt auf die Tierlinguistik, insbesondere die Analyse von Unterwasser-Audioaufnahmen von Meerestieren (Schwertwale):Für Meeresbiologen ist die Interpretation und das Verständnis von Unterwasser-Audioaufnahmen unerlässlich. Auf der Grundlage solcher Aufzeichnungen können mögliche Rückschlüsse auf Verhalten, Kommunikation und soziale Interaktionen von Meerestieren gezogen werden. Trotz einer Vielzahl von biologischen Studien zum Thema Orca-Vokalisationen ist es nach wie vor schwierig, eine Struktur oder semantische/syntaktische Bedeutung der Orca-Signale zu erkennen, um daraus Sprach- und/oder Verhaltensmuster ableiten zu können. Aufgrund des Mangels an Techniken werden hunderte von Stunden an Unterwasseraufnahmen nach wie vor manuell von Meeresbiologen verifiziert, um potenzielle Orca-Vokalisationen zu erkennen. In einem Post-Prozess sollen diese identifizierten Orca-Signale analysiert und kategorisiert werden. Eines der Hauptziele ist es, eine robuste und automatisierte Methodik bereitzustellen, die in der Lage ist, Orca-Signale innerhalb von Unterwasser-Audioaufnahmen automatisch zu erkennen. Eine robuste Erkennung von Orca-Signalen stellt die Grundlage für sämtliche weiterführenden und detailliertere Analysen dar. Die Ruftyp-Erkennung und Klassifizierung auf der Grundlage von segmentierten Orca-Signalen kann dazu verwendet werden, um semantische und syntaktische Muster abzuleiten. In Verbindung mit den damit verbundenen situativen Videoaufzeichnungen und Verhaltensbeschreibungen (die von mehreren Forschern vor Ort zur Verfügung gestellt werden) können potenzielle Informationen über Kommunikation (Art eines Sprachmodells) und Verhalten (z.B. Jagd, Sozialisierung) liefern. Darüber hinaus kann die Orca-Signalerkennung in Verbindung mit einer Lokalisierungssoftware eingesetzt werden, um Forschern vor Ort eine effizientere Suche nach den Tieren, sowie eine Individuen-Erkennung, zu ermöglichen.
Für weitere Informationen über das DeepAL-Projekt kontaktieren Sie bitte christian.bergler@fau.de
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Influence of topology, interfaces and local chemical compositions on the deformations behavior of nanostructures
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: In-situ-Mikroskopie mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden
Laufzeit: 1. April 2018 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)Metallic nanostructures and nanostructured materials currently receive much attention due to their often superior mechanical properties compared to bulk materials with larger microstructural features. In Project B6 atomistic simulations are used to study the mechanical properties of individual nano-objects and grain boundaries, as well as their combination (e.g., twinned nanowires, nanocrystalline thin films). The aim is to complement the experimental investigations and provide insights into fundamental deformation mechanisms not readily observable in the experiments, and to derive information for meso- and continuum-scale models of small scale plasticity.
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Methoden für die realitätsgetreue visuelle Wahrnehmung durch Eye-Tracking im Head-Mounted-Display
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2020
Mittelgeber: andere FörderorganisationIm Fokus des Forschungsprojekts stehen die Entwicklung unddie Evaluierung unterschiedlicher Methoden, die auf Basis modernerEye-Tracking-Verfahren eine optisch korrekte Ansprache der menschlichenRaumwahrnehmung in Head-Mounted Displays erlauben.
Die Bewertung ergonomischer Aspekte eines Produkts ist mitden Methoden der Virtuellen Realität (VR) theoretisch bereits in einer frühenPhase z.B. durch den Einsatz von Head-Mounted-Displays (HMDs) möglich, jedochbesteht bei der Wahrnehmung von Größe, Distanz und Form eine Diskrepanzzwischen der virtuellen Umgebung und dem realen Modell. Zur Berechnung derDarstellung für die Virtuelle Realität wird bisher lediglich die Lage desKopfes, jedoch nicht die exakte Pupillenposition herangezogen. Dadurch sindResultate aus virtuellen Studien, die z.B. die Bewertung der Erreichbarkeiteines Bedienelements zum Ziel haben, nur bedingt belastbar. Die Existenz derangesprochenen Fehlwahrnehmungen wurden zwar in empirischen Studienfestgestellt, der Einfluss der Pupillenposition vor dem Display auf dieRaumwahrnehmung als Quelle für die Fehlwahrnehmung bisher jedoch kaumuntersucht. Zur Bewertung von Bedienkonzepten oder der Raumwirkung einesFahrzeuginnenraums werden aktuell nach wie vor hauptsächlich auf physischeModelle zurückgegriffen. Ziel ist, bereits in frühen Phasen auf Basis wenigerdigitaler Daten eine vollständige, virtuelle Bewertung des geplantenFahrzeugkonzepts durchzuführen. Da sich die Bewertung eines Bedienkonzepts oderdie Raumwirkung nur bedingt an einem Computerarbeitsplatz absichern lassen,würden belastbare Ergebnisse während der Nutzung der Virtuellen Realität einenbedeutenden Vorteil im Entwicklungsprozess bedeuten.
Im Projekt sind verschiedene Potentiale identifiziert, dieeine korrekte Wahrnehmung unterstützen. Zentraler Aspekt ist die Abweichung derPosition der Pupillen zu der Position der Kamera zur Berechnung der virtuellenDarstellung. Es soll eine Methode entwickelt werden, um die vomEye-Tracking-System bestimmte Pupillenposition auf die Kameraposition zuübertragen, um die exakte Perspektive zu berechnen. Die Verzerrung der Optikenhat ebenfalls einen Einfluss auf die Darstellung im HMD. Da die Verzerrung derOptiken für jede Pupillenposition unterschiedlich ist, soll die dargestellteVorverzerrung deshalb ebenfalls an die aktuelle Pupillenposition angepasstwerden. Daneben sollen insbesondere die Aspekte Schärfentiefe und foveatedrendering berücksichtig werden. Inwieweit sich die Bewertungsleistung beimEinsatz der entwickelten Methoden, von der beim Einsatz eines realen Modellsunterscheidet und wie groß der dadurch erzielte Nutzen ist wird ebenfallsuntersucht.
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Grundlagenuntersuchung zur ultraschallunterstützten Umformung metallischer Werkstoffe mittels Druck- und Scherbeanspruchung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2018 - 30. November 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Moderner Zugang zu historischen Quellen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Moderner Zugang zu historischen Quellen
Laufzeit: 1. März 2018 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Mehrantennensysteme für die Interferenzunterdrückung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2018 - 28. Februar 2019
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft- Entwicklung von Algorithmen für die Störer-Detektion bei mehreren Empfangsantennen
- Implementierung von Algorithmen zur Ausblendung der Störungen
- Integration von Störunterdrückungs-Algorithmen in einen existierenden Empfänger und Demonstration der Funktionsfähigkeit
- Dokumentaion der Ergebnisse
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Moderne Signalverarbeitungsmethoden zum Schutz von DC-Kleinspannungsnetzen der Industrieautomatisierung und der Telekommunikation
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Moderne Signalverarbeitungsmethoden zum Schutz von DC-Kleinspannungsnetzen der Industrieautomatisierung und der Telekommunikation
Laufzeit: 1. März 2018 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
mHealth tOol for parkinsOn’s disease training and rehabilitation at Patient’s home
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: http://hoop.lst.tfo.upm.es/The HOOP project aims to:
1) Develop of a universal platform to train PD patients. Parkinson’s disease (PD) patients
repeatedly report great disparities in access to, and quality of, the full range of
Parkinson’s disease services. This represents a social risk for them in terms of access to
medical specialists, caregivers or medical therapy. The value of therapy services in PD
has outlined the importance of having access to these interventions from an early
stage of the disease. A solution which improves the delivery of training to PD patients,
and represents an opportunity to enroll and follow-up, personalized physical therapy
programs at home are important for promoting patient’s long-term engagement and
self-management of their own health.
2) Improve the quality of life of PD patients through the platform. In addition to the
benefits provided to Parkinson’s patients and according to recent studies showing that
in 2016 a 39,3% of the population in Europe is over 50 years old, which means that
there will be an increase in the mobility and fragility issues due to the aging. In this
sense, it is very important to promote systems and solutions that encourage healthy
living habits with the aim of improving the quality of life.
3) Provide a final product available and ready for market u p-take. During 2017, HOOP is
being developed from a research laboratory prototype to a semi-commercial product.
Various exploitation plans are being investigated and several potential target markets
related to Parkinson’s disease have shown interest in our product. This means that
HOOP is a mature project, which is close to achieving commercialisation. However, in
order to achieve the latest and most important goals of the project, a commercial
version of the prototype must be finalised, tested and validated. Moreover, the
possibility to extend the target markets would increase the added value of the
product.
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Dämpfung von intelligenten miniaturisierten Systemen mit Formgedächtnislegierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 30. September 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
FutureIOT - Intelligent vernetzte Lösungen für Stadt und Landwirtschaft
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
URL: https://www.futureiot.de/Der Forschungsverbund FutureIOT bündelt seine Forschungstätigkeiten in zwei konkreten Aktionsfeldern.
Der resultierende Anwendungsbezug erlaubt es, Lösungen für die einzelnen technischen Elemente des FutureIOT-Forschungsvorhabens vor dem Hintergrund hochgradig praxisrelevanter Anforderungen zu entwickeln und zu validieren, und zeigt gleichzeitig das Potential auf, welches durch die Weiterentwicklung und Zusammenführung der einzelnen Technologien für einen praktischen Nutzer entsteht. Die im Verbund vorhandenen Kompetenzen ermöglichen dabei die Entwicklung vollständiger IoT-Lösungen vom Sensor bis zur offenen IoT-Plattform inkl. anwendungsspezifischer Nutzeroberfläche. Im Fokus des Forschungsverbunds FutureIOT stehen speziell die beiden wichtigen Aktionsfelder in Bayern, Landwirtschaft und Stadt, in denen jeweils hohe Potentiale vorhanden sind, die mit Hilfe der Forschungsarbeiten des Verbunds mittel- bis langfristig gehoben werden sollen. -
Schädigungstoleranz hierarchisch-modularer Netzwerke: Wie vielskalige Biosysteme trotz Schädigung funktionieren.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Verbundvorhaben „Intelligente Datenanalyse für die IT-Forensik“ Teilprojekt „Erstellung und Extraktion von digitalen Spuren auf Android und Windows Geräten“
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Aufgrund des Potenzials von umforminduzierten Eigenspannungen zur Beeinflussung der Bauteileigenschaften bedarf es eines tiefergehenden Verständnisses über die Mechanismen der ES-Entstehung und -Stabilität. Demzufolge ist das Vorgehen zur Bearbeitung des Forschungsvorhabens in die Phasen der Bauteilherstellung (Eigenspannungsentstehung), des Bauteilbetriebs (Eigenspannungsstabilität) und der Prozessauslegung (Nutzung der Eigenspannungen) gegliedert. Als Referenzprozess wird das Voll-Vorwärts-Fließpressen genutzt, welches im industriellen Einsatz als Standardverfahren etabliert ist. Aufgrund des Trends hin zu Bauteilwerkstoffen mit höherer Festigkeit werden im Projekt zwei nichtrostende Stähle verwendet. Die Untersuchungen umfassen parallel ablaufende experimentelle und numerische Analysen des Prozesses sowie deren Synthese.
Während der ersten Phase wurden auf experimenteller Seite notwendige Versuchsapparaturen zur Bauteilherstellung und -prüfung aufgebaut, Material- und Reibparameter identifiziert, Bauteile unter Berücksichtigung verschiedener Parametervarianten umgeformt und deren Eigenspannungen röntgendiffraktometrisch bestimmt. Parallel dazu wurden auf Seiten der Simulation makroskopische Finite-Elemente-Modelle mit Subroutinen für ein erweitertes Postprocessing von Eigenspannungen entwickelt und diese im Rahmen numerischer Parametervariationen eingesetzt. Zudem wurden differentialgeometrische und kontinuumsmechanische Zusammenhänge von Eigenspannungen ergründet und die Materialmodellierung auf Kristallplastizität erweitert. Die Prädiktivität der numerischen Ergebnisse wurde an Hand der experimentellen Ergebnisse quantifiziert.
Die zweite Phase konzentriert sich auf die Eigenspannungsstabilität im Bauteileinsatz und die Prozessrobustheit bei der Bauteilherstellung. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zu Ende der zweiten und in der dritten Phase zur gezielten Beeinflussung des Betriebsverhaltens und zur Steuerung der zyklischen Festigkeit genutzt, siehe Abbildung.
Ziel in der zweiten Phase ist die experimentelle und numerische Ermittlung der mechanischen, zeitlichen und thermischenEigenspannungsstabilität. Als Voraussetzung für die gezielte Beeinflussung werden relevante Einflussgrößen identifiziert. Diese Wirkzusammenhänge sind durch grundlegende physikalische Effekte zu plausibilisieren, wobei ein Rückgriff auf in der Literatur beschriebene Effekte und numerische Methoden zur Ableitung grundlegender Modellvorstellungen erfolgt. Aufgrund der bisherigen Erfahrungen sind bei sämtlichen Untersuchungen Schwankungen von Eingangsgrößen und bisher bekannten Störgrößen zu berücksichtigen. Voraussetzung für eine systematische Untersuchung der grundlegenden eigenspannungsrelevanten Mechanismen bildet zudem die Erhöhung der numerischen Abbildungs- und Vorhersagegenauigkeit der umforminduzierten Eigenspannungen. Analog zur Entstehungsphase erfolgt daher auch in der Betriebsphase ein steter Abgleich von Simulation und Experiment im Sinne einer Beurteilung der Prognosequalität der numerischen Ansätze und der Plausibilität der experimentellen Laborergebnisse.
Das Projekt ist Teil des DFG Schwerpunktprogramms SPP2013 "Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen". Innerhalb des Schwerpunktprogramms ist das Teilprojekt in den Fachkreisen Produktionstechnik (dickwandig) und Mechanik und Simulation vertreten.
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Zielgerichtete Entwicklung eines Schmierstoffes für die nicht-isotherme Warmumformung hochfester Aluminiumlegierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Juli 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Ganganalyse bei geriatrischen Patienten mittels mobiler Sensorsysteme und Algorithmen des maschinellen Lernens
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Januar 2018 - 15. Januar 2021
Mittelgeber: Industrie
URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/gait-analysis-in-geriatrics-using-mobile-sensor-systems-and-machine-learning/Walking is a key element of human mobility and independence. For persons aged 70 or above, the number of falls per year increases drastically. Physiological consequences are bone fractures, traumas or death. In conjunction with psychological consequences, such as post-fall anxiety, falls lead to a decreased quality of life. Most falls could be prevented if an early detection of fall risk was available, thus maintaining a high quality of life.
This project will focus on assessing gait in geriatric patients using sensor-based gait analysis. Inertial sensors will be used to measure risk-of-fall related gait parameters for geriatric patients at hospitals of AGAPLESION gAG (AGAPLESION DIAKONIEKLINIKUM HAMBURG and AGAPLESION MARKUS KRANKENHAUS in Frankfurt am Main). The acquired data will be processed at the Machine Learning and Data Analytics Lab of FAU. The machine-learning algorithms that will be developed, will help to improve diagnostics and to measure therapeutic success.
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A novel digital health pathway enables healthcare technologies for gait&falls in Parkinson’s disease
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Europäische Union (EU) -
Kontinuumsbasierter Entwurf selektiv nachgiebiger Mechanismen mit sanfter Kinematik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Januar 2018
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)Nachgiebige Mechanismen sind mechanische Systeme, welche die Funktion eines konventionellen Mechanismus abbilden, dabei aber grundsätzlich auf bewegliche Bauteile (Lager, Führung und Gelenke) verzichten. Stattdessen basiert deren Funktion auf der gezielten Verformung elastischer Bereiche. Für den Entwurf von nachgiebigen Mechanismen existieren zwei separate Grundansätze: Beim ersten (Pseudostarrkörper-Ansatz) startet die Prozedur – wie bei konventionellen Mechanismen – von einem Mehrkörpersystem; beim Anderen (kontinuumsbasierter Ansatz) wird als Ausgangsbasis ein Bauraum definiert, in dem eine feste oder variierende Menge an Konstruktionsmaterial auf zu bestimmende Weise verteilt wird.
Ein grundsätzlicher Unterschied zwischen den beiden Ansätzen ist, dass im ersten Fall die Topologie des Mechanismus a priori festgelegt werden muss, während sie im Zweiten als Ergebnis des Entwurfes entsteht. Dadurch wird der Entwurf mittels des Pseudostarrkörperansatzes verhältnismäßig einfach, jedoch zum Preis einer erheblichen Einschränkung der Vielfalt möglicher Entwürfe. Aufgrund ihrer inhärenten Komplexität werden bei kontinuumsbasierten Methoden in aller Regel formelle Optimierungsverfahren eingesetzt.
Ein weiterer wichtiger Unterschied ist, dass der Pseudostarrkörperansatz notgedrungen zu Verschiebungsfeldern führt, die stückweise linear sind. Kontinuumsbasierte Ansätze sind hingegen nicht darauf beschränkt und erlauben daher beliebige Verformungsmuster.
Bekannte, kontinuumsbasierte Methoden beschränken sich hauptsächlich auf die Synthese von Mechanismen mit einem Pseudolaufgrad. Der Pseudolaufgrad eines nachgiebigen Mechanismus entspricht der Anzahl der unabhängigen kinematischen Größen, die vorgegeben werden müssen, um die Verformung des Mechanismus mit ausreichender Genauigkeit statisch zu kontrollieren.
Es mangelt an generell anwendbaren, kontinuumsbasierte Methoden, die explizit Mechanismen mit mehrfachem Pseudolaufgrad generieren können. Die im Rahmen des Projekts zu erarbeitende Methodik soll diesen Mangel beheben. Zudem soll die Methodik der oben angesprochenen Einschränkung der stückweise linearen Verschiebungsfelder nicht ausgesetzt werden.
Die angestrebte Methodik besitzt eine ausgeprägte praktische Relevanz für die Anwendung auf umströmte Körper mit veränderlicher Geometrie und für sonstige formvariable Strukturen, wie formanpassbare Sitz- und Liegeflächen, sowie für klassische übertragungsaufgaben, wie sie beispielsweise in der Robotik und im Allgemeinen in der Automatisierungstechnik anzutreffen sind.
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LOHCmobil - H2 Verbrenner/ Konstruktion und Erprobung des volumetrischen keramischen Brenners
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines deutlich kompakteren und dynamischeren Wasserstoff-Freisetzungsverfahrens auf Basis eines volumetrisch-keramischen Brenners mit entsprechendem Kesselsystem zum Einsatz in stationären und mobilen Wasserstofffreisetzungsanlagen und dessen allgemeingültige effiziente Integration und Anpassung in diese Anlagen, um die Kommerzialisierung der Wasserstoffspeicherung in LOHC im Markt voran zu treiben. Das neue Verfahren soll den Eigenverbrauch an Wasserstoff für die Verbrennung bei einer 100 kW Wasserstofffreisetzungsanlage von derzeit etwa 45 kW auf insgesamt angestrebte 30 kW reduzieren. Zudem soll das neue Verfahren deutlich kompakter und dynamischer sein als derzeit auf dem Markt vorhandene Brennersysteme. Die ermöglichten, schnellen Lastwechsel sollen die Integration in mobile Anwendungen ermöglichen.
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Kompositauslegung zur Reduktion störender Schwingungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: StiftungenIn einer leisen Umgebung empfinden wir selbst Geräuschemittlerer Schallpegel bereits als störend. Im Kontext der Elektromobilität, beider die im Fahrbetrieb dominierenden Motorgeräusche eines Verbrennungsmotorsvon leisen, für den Menschen nahezu unhörbaren Elektromotoren abgelöst werden,ergeben sich hieraus ganz neue Herausforderungen für die Fahrzeugentwicklung:neben Roll- und Windgeräuschen, die besonders bei schneller Fahrt auftreten,zeigt sich auch, dass Vibrationen und Klappergeräusche im Insassenraum stärkerwahrgenommen werden. Derartige Geräusche können nicht auf der Grundlagezeitlich gemittelter Schalldruckpegel beurteilt werden, denn das menschlicheGehör ist adaptiv und passt sich dem aktuellen Geräuschniveau an, sodassStörgeräusche trotz eines absolut betrachtet geringen Schalldrucks wesentlichdie subjektive Wahrnehmung des Fahrzeuginnengeräusches beeinflussen-. Im Umfeld der Elektromobilität ist der Leichtbau mitFaserverbundwerkstoffen, beispielsweise CFK, kaum mehr wegzudenken. Besondersdeutlich wird dies am Beispiel des BMW i3, dem ersten Serien-Elektrofahrzeugmit einer Fahrgastzelle aus Carbon. Wegen seiner hohen Steifigkeit undFestigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte spricht man- der Werkstoffklasse für dieZukunft eine weiter zunehmende Rolle in der Elektromobilität zu. Untersuchungen im Bereich der Zeitfestigkeit zeigen jedoch, dass dasMaterial unter zyklischer Beanspruchung schnell an Steifigkeit verliert. Sokonnten Steifigkeitsverluste in Größenordnung von 25% bereits bei rund einemZehntel der maximal ertragbaren Gebrauchsdauer gemessen werden. Ein solcherVerlust von Materialsteifigkeit bringt auch eine Veränderung des Schwing- undVibrationsverhaltens tragender Teile aus CFK mit sich – beispielsweise eineVerringerung von Eigenfrequenzen. Dies führt zu einer schnelleren – und stärkerausgeprägten – Bildung störender Klappergeräusche. In der ohnehin anspruchsvollen Auslegung von Faserverbundbauteilen wird inHinblick auf Vibrationsentwicklung jedoch zumeist nur die Steifigkeit imNeuzustand des Materials herangezogen – eine Lücke, die es zu schließen gilt.
Vordergründiges Ziel des Projekts KARSTEN ist daher dieBereitstellung einer Auslegungsmethode, mit der das Schwingverhalten vonStrukturbauteilen aus Faserverbundmaterial sowohl im Neu- als auch imgebrauchten Zustand gezielt eingestellt werden kann.
Dies umfasst die folgenden Teilschritte:- Experimentelle Untersuchung desSteifigkeitsverlusts verschiedener repräsentativer Geometrien über dieGebrauchsdauer
- Simulative Analyse des Einflusses desSteifigkeitsverlusts auf das Schwing- und Vibrationsverhalten auf Bauteilebene
- Ableitung konstruktiver Gestaltungs- und Auslegungsmethodenzur Verringerung schädlicher Einflüsse der Materialalterung auf das akustischeVerhalten
Im Rahmen der Auslegung und der experimentellen Prüfungfaserverstärkter Kunststoffe kann am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik aufeinen mehrjährigen Erfahrungsschatz zurückgegriffen werden. Vorarbeitenumfassen beispielsweise die kraftflussgerechte Bauteilauslegung nach dembionischen Vorbild von Baum- oder Knochenwachstum. Mit diesem Verfahren könnenbesonders steife und dennoch leichte Strukturen geschaffen werden. Die skizzierten, grundlegenden Forschungsarbeiten werdenAutomobilbauern und -zulieferern Möglichkeiten und Werkzeuge geben,Strukturbauteile aus Faserverbundmaterial über ihre gesamte Gebrauchsdauerhinweg dahingehend auszulegen, dass die Entwicklung von Störgeräuschenvermindert oder ganz unterbunden wird. Besonders die Attraktivität vonElektrofahrzeugen, bei denen Störgeräusche eine größere Rolle spielen, kann dadurchgesteigert werden, sodass ein weiterer, positiver Beitrag zur zukünftigen Verbreitungder Elektromobilität geleistet wird.
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Medical Image Processing for Interventional Applications
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern -
Thermodynamisch optimierte Gebäudeklimatisierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Zur Gebäudeklimatisierung mit den Funktionen Lüftung, Heizung und Kühlung stehen heute vielfältige technische Möglichkeiten zur Verfügung. Während in größeren Gebäuden zunehmend eine bedarfsgerechte Auslegung und Steuerung von Klimatisierungsanlagen erfolgt, greifen kleinere Einheiten auf pauschalisierte Lösungen zurück. Dabei ist nicht nur die optimale Steuerung der pauschalisierten Anlagen im Betrieb begrenzt, sondern schon die Auswahl und Kombination der eingesetzten Klimatisierungstechniken wird durch die Verfügbarkeit einer geeigneten Steuerung begrenzt. Dies gilt von kleinen Anlagen für Einfamilienhäuser, denen mit unterschiedlichen Heizsytemen, Kühlmöglichkeiten im Sommer, eigener Stromerzeugung mittels Photovoltaik und Wärmeerzeugung mittels Solarthermie zunehmende technische Optionen zur Verfügung stehen bis hin zum optimalen Betrieb von Blockheizkraftwerken, die sich auf lokale Bedarfe ebenso optimal einstellen müssen wie auf Randbedingungen aus dem Energieverbund. Diese Randbedingungen sind Daten wie aktuelle Strompreise und immer treffsichere Wettervorhersagen, die eine Vorausssage von Wärmebedarfen und Stromeinspeisungen aus Photovoltaik ermöglichen und heute eine vorausschauende Optimierung von Klimatisierungsanlagen erlauben.
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Automatisiertes Testen von Übersetzern
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2018
URL: https://www.cs2.tf.fau.de/forschung/projekte/autocomptest/Übersetzer für Programmiersprachen sind äußerst komplexe Anwendungen, an die hohe Korrektheitsanforderungen gestellt werden: Ist ein Übersetzer fehlerhaft (d.h. weicht sein Verhalten vom dem durch die Sprachspezifikation definierten Verhalten ab), so generiert dieser u.U. fehlerhaften Code oder stürzt bei der Übersetzung mit einer Fehlermeldung ab. Solche Fehler in Übersetzern sind oftmals schwer zu bemerken oder zu umgehen. Nutzer erwarten deshalb i.A. eine (möglichst) fehlerfreie Implementierung des verwendeten Übersetzers.
Leider lassen sowohl vergangene Forschungsarbeiten als auch Fehlerdatenbanken im Internet vermuten, dass kein real verwendeter Übersetzer fehlerfrei ist. Es wird deshalb an Ansätzen geforscht, mit deren Hilfe die Qualität von Übersetzern gesteigert werden kann. Da die formale Verifikation (also der Beweis der Korrektheit) in der Praxis oftmals nicht möglich oder rentabel ist, zielen viele der Forschungsarbeiten darauf ab, Übersetzer möglichst umfangreich und automatisiert zu testen. In den meisten Fällen erhält der zu testende Übersetzer dabei ein Testprogramm als Eingabe. Anschließend wird das Verhalten des Übersetzers bzw. des von ihm generierten Programms überprüft: Weicht dieses vom erwarteten Verhalten ab (stürzt der Übersetzer also beispielsweise bei einem gültigen Eingabeprogramm mit einer Fehlermeldung ab), so wurde ein Fehler im Übersetzer gefunden. Soll dieser Testvorgang automatisiert stattfinden, ergeben sich zwei wesentliche Herausforderungen:
- Woher kommen die Testprogramme, auf die der Übersetzer angewendet wird?
- Was ist das erwartete Verhalten des Übersetzers bzw. des von ihm erzeugten Codes? Wie kann bestimmt werden, ob das tatsächliche Verhalten des Übersetzers korrekt ist?
Während die wissenschaftliche Literatur diverse Lösungen für die zweite Herausforderung vorstellt, die auch in der Praxis bereits etabliert sind, stellt die automatisierte Generierung zufälliger Testprogramme noch immer eine große Hürde dar. Damit Testprogramme zur Detektion von Fehlern in allen Teilen des Übersetzers verwendet werden können, müssen diese allen Regeln der jeweiligen Programmiersprache genügen, d.h. die Programme müssen syntaktisch und semantisch korrekt (und damit übersetzbar) sein. Auf Grund der Vielzahl an Regeln "echter" Programmiersprachen stellt die Generierung solcher übersetzbarer Programme eine schwierige Aufgabe dar. Dies wird zusätzlich dadurch erschwert, dass das Programmgenerierungsverfahren möglichst effizient arbeiten muss: Die wissenschaftliche Literatur zeigt, dass die Effizienz eines solchen Verfahrens maßgebliche Auswirkungen auf seine Effektivität hat -- nur wenn in kurzer Zeit viele (und große) Programme generiert werden können, kann das Verfahren sinnvoll zur Detektion von Übersetzerfehlern eingesetzt werden.
In der Praxis scheitert das automatisierte Testen von Übersetzern deshalb oftmals daran, dass kein zugeschnittener Programmgenerator verfügbar ist und die Entwicklung eines solchen einen zu hohen Aufwand bedeutet. Ziel unseres Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung von Verfahren, die den Aufwand für die Implementierung von effizienten Programmgeneratoren reduzieren.
Im Jahr 2018 haben wir mit der Entwicklung eines entsprechenden Werkzeugs begonnen. Als Eingabe dient eine Spezifikation der syntaktischen und semantischen Regeln der jeweiligen Programmiersprache in Form einer abstrakten Attributgrammatik. Eine solche erlaubt eine knappe Notation der Regeln auf hohem Abstraktionsniveau. Ein von uns neu entwickelter Algorithmus erzeugt dann Testprogramme, die allen spezifizierten Regeln genügen. Der Algorithmus nutzt dabei diverse technische Ideen aus, um eine angemessene Laufzeit zu erreichen. Dies ermöglicht die Generierung großer Testfallmengen in vertretbarer Zeit, auch auf üblichen Arbeitsplatzrechnern. Eine erste Evaluation hat nicht nur gezeigt, dass unser Verfahren sowohl effektiv als auch effizient ist, sondern auch dass es flexibel einsetzbar ist. So haben wir mit Hilfe unseres Verfahrens nicht nur Fehler in den C-Übersetzern gcc und clang entdeckt (unser Verfahren erreicht dabei eine ähnliche Fehleraufdeckungsgüte wie ein sprachspezifischer Programmgenerator aus der wissenschaftlichen Literatur), sondern auch diverse Bugs in mehreren SMT-Entscheidern. Einige der von uns entdeckten Fehler waren den jeweiligen Entwicklern zuvor noch unbekannt.
Im Jahr 2019 haben wir zusätzliche Features für das Schreiben von Sprachspezifikationen implementiert und die Effizienz des Programmgenerierungsverfahrens gesteigert. Durch die beiden Beiträge konnte der Durchsatz unseres Werkzeugs deutlich gesteigert werden. Des Weiteren haben wir mit Hilfe neuer Sprachspezifikationen Fehler in Übersetzern für die Programmiersprachen Lua und SQL aufgedeckt. Die Ergebnisse unserer Arbeit sind in eine Ende 2019 eingereichte (und inzwischen angenommene) wissenschaftliche Publikation eingeflossen. Neben der Arbeit an unserem Verfahren zur Programmgenerierung haben wir außerdem mit der Arbeit an einem Verfahren zur Testfallreduzierung begonnen. Das Verfahren reduziert die Größe eines zufällig generierten Testprogramms, das einen Fehler in einem Übersetzer auslöst, um die Suche nach der Ursache des Fehlers zu vereinfachen.
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Radiologische und Genomische Datenanalyse zur Verbesserung der Brustkrebstherapie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Biokompatibilität von Biomaterialien für Weich- und Hartgewebsersatz: optische readout Technologien zum Monitoring von zellulärem remodeling
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. August 2018
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)The project is intended to (i) elaborate on the initiatedcollaboration between the project partners on the institute level (OF, HZ) aswell as (ii) ignite sustainable international collaboration between theuniversities FAU and USyd.
For the project part (i), concrete planning for fabricationof diverse bioceramics and bio-hardgel-components through additivemanufacturing (layer-by-layer), print-technologies and sintering will takeplace through bilateral short-term visits (2-3 weeks). Definition of stem celltypes to be used for seeding and bioreactor maturation (e.g. human mesenchymalstem cells, adipose stem cells) will be undertaken and eventually, myoblastsalso included to functionally link bioartificial ligaments to muscle tissue. Inthe Sydney labs (HZ), constructs are manufactured in vitro and seeded andmatured in bioreactors. In vivo experiments will include animal implantation.Samples of the constructs will be analyzed biochemically and histologically forall stages of manufcaturing, seeding and in vivo incorporation. Samples willalso be sent to the German partner (OF) where the unique multiphoton-imagingfacility at FAU is capable of performing in-depth quantitative morphometry. Inaddition, OF will also visit the local multiphoton facilities at BoschInstitute at USyd to make them fit for on-site applicability for this project.
Regarding the strategic part (ii) of exchange at theuniversity level, each partner will be introduced to local collaborativeconsortium projects during his/her visit (FAU: EAM, SAOT, MURCE; USyd: ARCTraining Center). With representatives of the University Boards, bilateraldiscussions will be scheduled regarding aspects of internationalization inresearch and teaching. Goal shall be a collaborative agreement at theUniversity level that warrants exchange of students for graduation on both sides and to recognize bilateral studycourse contents. Teaching concepts between FAU and USyd can be harmonizedthrough this project.
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Nanopartikelwachstum und –aggregation in Sprayflammen: In-situ-Diagnostik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. März 2021
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)Zusammenfassung (Deutsch)
Die Produkteigenschaften von Nanopartikeln aus der Sprayflammensynthese(SFS) hängen neben ihrer Zusammensetzung wesentlich von der Partikelmorphologieab. Das Projekt untersucht mit fortgeschrittenen laseroptischen MethodenPartikelwachstum und -aggregation und korreliert die Partikeleigenschaften mitden Randbedingungen der Synthese (Prekursorart, -konzentration, Lösungsmittel,Volumenströme) und kann so einen wesentlichen Beitrag zum Prozessverständnisleisten.
Das Verfahren des Wide-Angle Light Scattering (WALS) wirdweiterentwickelt und an die Randbedingungen der SFS angepasst, so dass erstmalseine Methode bereitgestellt wird, welche Partikeleigenschaften (wesentlichGyrationsradius und weitere morphologische Kenngrößen) mit hoher zeitlicher undräumlicher Auflösung in situ erfassen kann. Die WALS-Technik wird zurAuswertung von Tröpfchengrößen erweitert mit dem Ziel, über einen weitenBereich der Flamme simultan Größenparameter von Partikeln und Tröpfchen zumessen. In Reihen-Untersuchungen am SpraySyn-Standardbrenner des SPP 1980 unterVariation der Randbedingungen können diese Parameter somit effizient erfasst,mit den Randbedingungen korreliert und damit ein umfassender Datensatz für dieAnalyse der SFS bereitgestellt werden. Exploratorische Untersuchungen an den imSPP relevanten Partikelsystemen sollen die Frage klären, für welche Materialienein Einsatz der Laser-Induced Incandescence (LII) zur Messung derPrimärteilchengröße möglich ist, die in einer späteren Phase kombiniert mit derWALS-Technik angewendet werden soll.
Für das Projekt wurde zusätzlich zu dem Austausch mit dem Zentralprojekteine Reihe von Kooperationen vereinbart, um das Verständnis der Prozessketteals übergeordnetes Ziel des SPP zu verbessern. Insbesondere sollen - u.a. aufSimulationen numerisch arbeitender Gruppen gestützt - bei denjenigenProzessbedingungen detaillere Untersuchungen mit WALS durchgeführt werden, fürdie kleine Änderungen der Ausgangsbedingungen zu deutlichen Änderungen im SFS-Prozessführen.
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Nano-Engineering of synthetic Carrier-Shells
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Advances in nanotechnology and biotechnology have seen incredibledevelopments in nano-shell technologies, e.g. PLA, PEG-coated andfunctionalized micro- and nanoparticles (synthetic polymers) for sustained drugdelivery. One still unresolved problem lies within the target specificity ofsuch drug delivery vehicles. For instance, spray-coated polymer-shells willpassively diffuse throughout the systemic circulation and dissolve their activecompound in an unspecific manner. Apart from polymers, synthetically derived lipidvesicles have the advantage of an amphiphilic character which attracts them tolipophilic phases, e.g. cell membranes. Such vesicles could be designed toencapsulate active drug compounds, but in addition, the lipid layer could beused to transport ion channel and membrane transporters to target cells. Todirect the vehicles to target cells in a specific manner, additionally anchoredsurface-targeted antibodies will be employed. We propose a highly innovativeapproach in synthetic biotechnology to address the following goals:
1) To chemically synthesize lipid vesicles containing cytotoxic drugs (e.g.methotrexate) and to compare their drug-release profile in vitro in comparisonto micro-patterned polymer-vesicles
2) To functionalize lipid vesicles with surface-active amphiphilic phasesand glycocalyx in order to incorporate ion channel proteins into their membrane(e.g. bacterial mechano-sensitive ion channels, MscL from E. coli); to counter-validate this approach also in micro-patternedpolymer vesicles
3) To additionally provide a stable protein-S coating to increase binding ofFc-component antibodies to the lipid vesicles and micro-patterned polymervesicles
4) To incorporate either vesicle lineage as a hetero-disperse phase intomammalian cells with a specificity determined by the respective tissue surfaceantigen-antibody coated onto the vesicle carrier
5) To assess ion channel activation of the incorporated vesicle membrane byappropriate stimuli in vitro and determine intracellular release of the innerdrug layers
Throughthe combined expertise of synthetic chemistry with nano-biotechnology, our newcollaborative initiative provides a new, highly innovative research venue fordeveloping a novel type of biotech-drug applicability with high tissuespecificity that may be further translated into cancer treatment.
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Structure-mimicking synthetic scaffolds for tendon and ligament repair
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Thereis an immense clinical need for readily available, off-the-shelf syntheticscaffolds for tendon and ligament repair. However, engineering theextraordinary tensile mechanical strength and stiffness of native load-bearingtendons and ligaments, whilst possessing high equilibrium water content (~70%),and the ability to support cell adhesion and proliferation exhibited in tendonextracellular matrix (ECM) remains an immense challenge. The Australian partnerhas developed a novel synthetic tendon/ligament scaffold demonstrating theabove features, with which we will perform invivo implantation of these scaffolds into surgically-induced tendondefects, in order to investigate the invivo bridging capability of the scaffold with the native tendon tissue.Synthesis of the scaffolds would be carried out with techniques developed atthe University of Sydney, whereas the scaffold-tissue interaction would beexamined under label-free multiphoton imaging and quantitative morphometryanalysis at Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg.
Duringthe project, the Australian partner (Hala Zreiqat, HZ) will focus on thematerial aspect and perform in vivo implantation experiments, while OF performsin vitro cell seeding and multiphoton imaging to study cell-scaffoldinteractions on manufactured materials to provide process engineering feedbackto HZ:
1. The Australian labwill prepare 3D printed bioceramics scaffolds with different patterns to beboth (i) sent to the German team for in vitro investigation of cell seedingefficiency, cell penetration kinetics with mesenchymal stem cells andprogenitor cells and extracellular matrix production using advanced multiphotonsecond harmonic generation (SHG) microscopy to determine optimizationconditions, and (ii) perform in vivo implantation of scaffold constructs intendon/bone defects in sheep models to determine vascularization and engineeredtissue integration.
2. The Sydney groupwill send explants from (1, ii) to the German team for detailed ultrastructuraland wound healing assessment on a cellular level.
3. Both teams will optimizeculture conditions and design bioreactors to improve ECM production and stemcell differentiation prior to implantation.
Bothteams will perform biomechanics stability and durability tests in cell-seededscaffolds over time using crush and strain-stress relationship tests
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Verbesserung des Einsatzverhaltens mehrlagiger, im Accumulative Roll Bonding Prozess hergestellter Blechhalbzeuge für die Umformtechnik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Identifizierung von nichtklassischen Kristallisationsprozessen in der Genese von Speläothemen und Microbialiten mit paläoklimatischer Relevanz
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. August 2018
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
Entwicklung einer Hochgeschwindigkeits-Schattenfotographie-Apparatur zur genauen und simultanen Bestimmung mehrerer Transportkoeffizienten von Fluidgemischen bei hohem Druck und hoher Temperatur
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Defekt- und Mikrostrukturen, mechanische Eigenschaften und optimierte Wärmebehandlungsstrategien additiv gefertigter Titanlegierungen für großvolumige Luftfahrtstrukturkomponenten (ReguLus)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Integrierte Memristor-Basierte Rechner-Architekturen (IMBRA)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Schwerpunktprogramm „Robust Argumentation Machines“ (SPP 1999)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: http://spp-ratio.deDas Schwerpunktprogramm strebt einen Paradigmenwechsel an, in dem statt einzelner Fakten kohärente argumentative Strukturen die Informationseinheit bilden, die für die Entscheidungsfindung systematisch und explizit aufbereitet werden. Hierfür sind neue Methoden, die Argumente und ihre Zusammenhänge aus Dokumenten extrahieren können, sowie neue semantische Modelle und Ontologien zur tiefen Repräsentation von Argumenten zu entwickeln. Neue Suchverfahren werden benötigt, die Argumente indexieren, die für eine Suchanfrage relevanten Für- und Gegenargumente finden sowie der gezielten Interaktion mit einem menschlichen Nutzer zugänglich machen können. Zudem sind neue Verfahren des maschinellen Schlussfolgerns zu entwickeln, um Implikationen von Argumenten und deren Plausibilität bewerten zu können.
Diese Ziele erfordern die Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen, die erstmalig im Rahmen eines Schwerpunktprogramms der Informatik kooperieren sollen. Die Bündelung der Kompetenzen bildet die Voraussetzung zur Herbeiführung eines Paradigmenwechsels, durch den mittelfristig argumentative Zusammenhänge statt einzelner Fakten in den Mittelpunkt der Informationsverarbeitung rücken und weitreichende Anwendungspotentiale im Bereich des Ingenieurwesens, der Medizin, des Finanzwesens und Online-Handels, der Politik sowie der Geistes- und Rechtswissenschaften erschlossen werden können.
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Argumentation Logics Manager & Argument Context Graph
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: RATIO: Robust Argumentation Machines (SPP 1999)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: http://kwarc.info/projects/almanac/In Entscheidungssituationen müssen Individuen und Organisationen zwischen einer Vielzahl von Optio- nen wa ̈hlen. Sie stu ̈tzen sich dabei auf Fakten, Meinungen und Argumente über diese oder ähnliche Situationen; Softwaresysteme, die bei der Entscheidung helfen ko ̈nnten, beschra ̈nken sich dagegen auf die Faktenebene und ziehen Argumentationen nicht in Betracht.
Das Schwerpunktprogramm bringt Forscher zusammen, die robuste und skalierbare Modelle für Ar- gumentationen in menschlicher Kommunikation untersuchen. Das ALMANAC Projekt soll den Logik- Pfeiler dieses Unterfangens unterstützen. Es gibt bereits eine große Menge an Arbeiten zur Wissensreprüsentation, zum Schlussfolgern und zur Modellierung von Argumentationen, und das SPP wird ohne Zweifel weitere entwickeln.
Das erste Ziel des ALMANAC Projekts is es, eine einheitliche Infrastruktur bereitzustellen, die die Zusammenarbeit zwischen den Projekten des SPP und der Argumentations-Community erleichtert, Re- sultate vergleichbar macht, und die Entwicklung gemeinsamer, logik-basierter Ressourcen unterstu ̈tzt. Konkret wollen wir- Ordnung in den Zoo der Logik-Formalismen bringen,
- ihre Zusammenha ̈nge katalogisieren und
- sie auf realen Korpora testen (Benchmarking).
Dafür wollen wir das in der AG Kohlhase entwickelte OMDoc/MMT Format nutzen. Dieses verwendet Theoriegraphen sowohl fu ̈r die modulare Repräsentation von Doma ̈nenwissen in logischen Sprachen als auch der Logiken selbst in Meta-Logiken. Zwischenlogische Beziehungen können als Theoriemorphismen – also wahrheitserhaltende Abbildungen zwischen Theorien – dargestellt werden. Das ALMANAC- Projekt strebt an hierfür einen ”Logikatlas“ zu erstellen, also eine offene Sammlung explizit repräsentierter Formalismen und Frameworks, der als Basis für die Methodenintegration im SPP dienen kann.
Das zweite Ziel des ALMANAC Projekts is es, die Theoriegraphenstruktur zu nutzen um Kontexte in Multi-Agenten-Argumentationen zu modellieren: Theoriegraphen erlauben bereits auf natu ̈rliche Weise durch Inklusionen und Interpra ̈tationen verbundene ”kleine Ontologien“ (die Theorien), die intern konsistent sind,aber unterein ander widersprüchlich sein können.UmTheoriegraphen zu voll gü̈ltigen Arugmentations kontext graphen zu erweitern wollen wir die Argumentrelationen wie z.B. Attacke, Zurückweisung oder Schwächung hinzufügen und ihre ontologischen Eigenschaften untersuchen.
OMDoc/MMT ist im MMT System implementiert. Dieses fungiert als eine (Meta)-Wissensbank und bietet logische Dienste wie Typ/Beweisprüfung, Logik-übersetzungen und Browsen von Logik-Korpora. Das System ist eingebettet in das MathHub System das zusätzlichN utzer- und Korpus-Verwaltungsdienste anbietet und als eine Infrastruktur für Logik-Benchmarks dienen kann (Joint Tasks, das dritte Ziel von ALMANAC). Letztere sollen Synergien zwischen den Projekten des SPP induzieren und so zur Kohärenz des Gesamtunternhemens beitragen. -
Quantitative Charakterisierung und Vorhersage von Versetzungsverhalten in hochreinem SiC
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Flexural strength and Deformation Mechanics of BCC Metallic Nanowires under Ben
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Feldstärkebasierte Ortung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 30. September 2018
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft -
Processing of piezoelectric thick films by aerosol deposition technique
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Processing of piezoelectric thick films by aerosol deposition technique
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Dezentrale Organisation von zukünftigen Energiesystemen basierend auf der Kombination von Blockchains und dem zellularen Ansatz
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. März 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)Das Ziel des Projekts ist es ein Energieinformationssystem zu designen, welches dezentral und lokal (teil-)autonom funktioniert sowie eine beliebig skalierbare Anzahl an Akteuren integrieren kann. Durch eine Dezentralisierung der Systemverantwortung soll es ein stabiles Energiesystem auf der Basis von erneuerbaren Energien und Speichern ermöglichen.
Der Lösungsansatz basiert auf einer Kombination des zellularen Ansatzes und der Blockchain Technologie. Die vernetzte IT Infrastruktur kann genutzt werden um durch variable Preise das Stromnetz auf allen Ebenen zu stabilisieren. Darüber hinaus kann virtuelles Trägheitsmoment generiert werden, welches die zunehmend reduzierten rotierenden Massen im System ersetzen kann, sowie automatisiertes Engpassmanagement durch Förderung eines lokalen Ausgleiches von Einspeisung und Nachfrage betrieben werden.
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Sturzrisiko-Erkennung beim Parkinson-Syndrom durch intelligente Ganganalyse
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Die Fähigkeit zu gehen gehört zur Natur des Menschen. Eine Einschränkung dieser Fähigkeit verringert die Mobilität, die Unabhängigkeit und die damit verbundene Lebensqualität einer Person. Gleichzeitig stellen Stürze im Zusammenhang mit Gehstörungen die Hauptursache von leichten sowie schweren Verletzungen in der älteren Bevölkerung dar. Dabei können schwerste Verletzungen wie z.B. ein Hüftbruch oder ein Schädeltrauma entstehen oder im schlimmsten Fall sogar zum Tod führen. Ein erhöhtes Sturzrisiko ist ein Hauptsymptom des Parkinson Syndroms, das die betroffenen Patienten in ihrer Unabhängikeit und Mobilität beeinträchtigt.
Zur Zeit existieren noch keine validierten medizintechnischen Lösungen um ein individuelles, steigendes Sturzrisiko noch vor dem ersten Sturz einer Person zu bestimmen. Deshalb werden wir Algorithmen erforschen, die das Sturzrisiko auf der Basis von speziellen Gangmustern - erfasst durch im Schuh integrierte Inertialsensoren - vorhersagen können. Die Daten zur Auswertung spezieller Gangmuster im Zusammenhang mit einem erhöhten Sturzrisiko werden dabei mithilfe eines kontinuierlichen Langzeit-Monitoring-Systems gewonnen.
Um dieses Ziel zu erreichen werden wir drei Strategien in der Forschungs- und Entwicklungsphase verfolgen:
- Verwendung von speziellen Sensoren, die Gangdaten mit einer hohen biomechanischen Auflösung aufzeichnen können
- Entwicklung und Evaluation von Algorithmen zur Auswertung der Gangmuster mithilfe maschinellen Lernens
- Digitales „Biobanking“ von klinisch relevanten Gangmustern für eine individualisierte Bestimmung des Sturzrisikos
Das Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Algorithmen auf Basis maschinellen Lernens zu erforschen, um das Sturzrisiko von Parkinson-Patienten mithilfe von kontunierlichen Gangdaten zu bestimmen. Da bestehende Algorithmen und Gangtests in der klinischen Forschung meist auf einzelne Anwendungen beschränkt sind, werden wir neue Algorithmen für ein kontinuierliches Ganganalysesystem erforschen, das mit hoher Zuverlässigkeit krankheitsspezifische Gangveränderungen erkennen wird.
Gleichzeitig arbeiten wir an einem klinischen Verständnis und validierten Daten für eine individualisierte Anwendung, was für eine spätere Medizinproduktzulassung sowie für ökonomisch relevante Technologie-Anwendungen in der Gesundheitsversorgung notwendig ist.
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Piezo'ing the heart - novel molecular cardiac mechano-biosensors
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Mechanical signaling is afundamental mechanism of cell-environment interaction and is sensed by cellularmechano-biosensors to be transformed into cellular remodeling of shape andconnectivity with the surrounding tissue matrix. This involves mechanosensors,such as mechanosensitive ion channels, but also intracellular straindissipation elements of the cytoskeleton. On the effector side, cellularanchorage with the surrounding matrix is established via focal adhesion complex (FAC) molecules, such as integrins and vinculin,which are fundamentally conserved in many tissues. In particular in thecardiovascular system, mechanical strain is a permanent companion, as the heartis compressed and dilated on a beat-to-beat basis. Thus, endothelial, vascularand cardiac myocytes experience varying strain-stress profiles that must bedecoded and translated into FAC remodeling to respond to overt stress, e.g. inpathological conditions. Since stretch in hollow organs is multidirectional,technologies to mimic such complex strain profiles are urgently needed and onlyscarcely available on the market. We recently developed a so-calledIsoStretcher to apply isotropic strain profiles to cells adhered on elastomersubstrates or embedded in hydrogels for live-cell imaging in mechanobiology.
Among the veryrecently new mechano-sensors in mammals is the family of Piezo-proteins thatrepresent ‘force-from-lipids’ biosensors of membrane strain or bending.Although there has been very recent novel information on Piezo channels inmigratory action of immune or tumor cells, and expression in the cardiovascularsystem has been confirmed, their function and biophysical role in cellularmechanosensing and cellular remodeling, in particular in the heart, is totallyunclear.
This internationalcollaborative project is a continuation of a very successful, DAAD-fundedliaison and will involve novel state-of-the art bioengineered technology toaddress the following scientific goals:
1) To determine andcharacterize stretch-induced Ca2+ entry and FAC remodeling inPiezo-1 overexpressing HEK293 cells coated on polydimethylsiloxane substratesand isotropically stretched with IsoStretchertechnology for various durations (short, long-term).
2) To determinestretch-induced Ca2+ entry and FAC remodeling in ventricular murinecardiomyocytes (CM) embedded in porous polyvinyl-alcohol hydrogels andstretched isotropically (IsoStretcher)for various durations
3) To delineate thecontribution of mechanosensitive channels (MSC) from intracellular cytoskeletonin mechanosensing by application of channel blockers and depolymerisation ofcytoskeletal components
Toscreen for novel organic compounds potent to block Piezo-1 proteins (ferrocene,trioxanes, marine compounds, etc.)
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Das sichere Dach; Teilprojekt FAU: "Entwicklung eines Single-Site-Locators zur 3D-Nahortung basierend auf einer Diversity-Antenne bei 868 MHz (oder 2.4 GHz) zur Minderung der Effekte von Mehrwegausbreitung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2017 - 31. Januar 2021
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Das Projekt umfasst die Lokalisierung einer Person mit einem einzigen Ortungsgerät im 2,4-GHz-ISM-Band, um ein Warnsystem für Arbeiter oder Personen auf dem Dach bei Schneefall zu errichten.
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Open Source Governance of the Supply Chain
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2017 - 30. September 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Projektbeschreibung SKmB – Schlafkur mit Begleitanalyse
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Dezember 2017 - 30. September 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Durch das Projekt Schlafkur mit Begleitanalyse soll eine große Lücke im Markt geschlossen und Bürgern mit Schlafschwierigkeiten eine zugängliche, effektive und digital unterstützte Perspektive geboten werden. Laut des Gesundheitsreports 2017 der DAK Gesundheit schlafen 80 % der Erwerbstätigen in Deutschland schlecht. Jeder zehnte Arbeitnehmer leidet unter Schlafstörungen. Damit wären in Bayern über 1,5 Millionen Menschen betroffen.Wir evaluieren und bewerten wissenschaftlich die Kombination einer intelligenten Schlafinterventionstechnologie zur Schlafunterstützung, einen intelligenten Sensor zur Schlafdiagnostik und ein individualisiertes, IT-gestütztes Interventionsprogramm für jeden Teilnehmer mit Schlafproblemen, so dass eine effiziente Prävention mit einem niederschwelligen Angebot als neues Produkt der digitalen Gesundheitswirtschaft in Bayern angeboten werden kann.Die Zielgruppe, die wir mit diesem Projekt ansprechen wollen, liegt vor allem bei erwerbstätigen 30-65 jährigen Personen, die unter nicht-organischen Schlafstörungen leiden. Denn es gibt viele Arten von nicht-organischen Schlafstörungen: von schweren, langjährigen Insomnien über Schlafstörungen in den Wechseljahren bis hin zu leichten, wiederkehrenden Ein- oder/und Durchschlafproblemen. In der Regel ist dies nicht kombiniert mit dem Vorliegen einer eigentlichen Schlaferkrankung. Trotz erheblichem Leidensdruck fehlt eine entsprechende (Selbst-)Wahrnehmung und Einsicht, bedingt auch durch eine geringe gesellschaftliche Anerkennung der Schlafstörungen und einer fehlenden Diagnose der Volkskrankheit „Insomnie“, so dass die leichten bis mäßigen Einschränkungen von den Patienten nicht der entsprechenden ärztlichen oder psychologischen Behandlung zugeführt werden. Daher spricht dieses Projekt den erheblichen Leidensdruck an, und hat zum Ziel, diesen betroffenen Menschen niederschwellig helfen zu können. Um den Leidensdruck zu mindern, die Lebensqualität zu steigern und mittelfristig zu verhindern, dass es zu einer Chronifizierung der Schlafstörung kommt, stellen wir den Patienten ein individuelles und professionelles Coaching zur Seite, um wieder einen erholsamen und ruhigen Schlaf zu erlangen. -
KoksAgglomeration - Agglomerationsverhalten von stationären Wirbelschichten bei der Vergasung biogener Brennstoffe mit niedrigschmelzenden Aschen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2017 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/dfg-projekt-koksagglomeration/Das DFG-geförderte Projekt „KoksAgglomeration“ beschäftigt sich mit der Agglomerationsneigung biogener Brennstoffe bzw. deren Aschen in Wirbelschichtvergasern. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Restkoks, der sich während des Betriebs in der Brennkammer anreichert.
Die Arbeiten zielen darauf ab,
- die Zuverlässigkeit der Erkennung des Agglomerationsbeginns durch eine hochfrequente Auswertung von Druckschwankungen zu erhöhen und damit die veränderte Agglomerationsneigung von Wirbelschichten bei der Vergasung (im Vergleich zum Verbrennung) mit hohen Koksanteilen experimentell zu untersuchen;
- die Entstehung von Agglomeraten einzelner mit flüssigen Schmelzfilmen und Kokspartikeln bedeckter Bettmaterialpartikel bei Kollisionsereignissen mittels der Lattice-Boltzmann Methode zu simulieren, um daraus temperaturabhängig Kriterien für die Agglomerationsneigung auf Einzelkornskala abzuleiten.
Schließlich sollen die experimentellen Erkenntnisse und das Simulationsmodell dazu dienen, die tatsächlich zugrundeliegenden Mechanismen der Agglomerationsbildung, insbesondere des Kokseinflusses bei der thermischen Wirbelschichtvergasung zu identifizieren. Durch Simulationen großer Partikelkollektive sollen die in den Simulationen gewonnenen Agglomerationskriterien überprüft und mit dem realen Verhalten im Vergasungswirbelschichten abgeglichen werden.
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Automatisierte Methoden und Werkzeuge zur Analyse und Strukturierung von Chormusik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Beider automatisierten Verarbeitung von Musiksignalen steht man aufgrund derVielfältigkeit von Musik in Form und Inhalt vor großen Herausforderungen. Dasvon der DFG in den Jahren 2012 bis 2015 geförderte Metrum-Projekt beschäftigtesich mit der Entwicklung grundlegender Methoden zur computergestützten Analyseund Strukturierung von Musiksignalen. In dem beantragten Transferprojekt sollendiese automatisierten Methoden in Kooperationen mit dem Carus-Verlag, einem imBereich der geistlichen und weltlichen Chormusik international führendenMusikverlag aus Stuttgart, in der Praxis erprobt werden. Hierzu sollenwebbasierte Prototypen zur interaktiven Navigation und Analyse vonChoraufnahmen entwickelt werden, die zum Beispiel zur Unterstützung imMusikunterricht in Schulen oder in der Ausbildung von Chorleitern zur Anwendungkommen sollen. Neben der konkreten Realisierung der Prototypen stehen folgendegrundlegende Fragestellungen im Fokus des Projekts. Erstens soll diePraxistauglichkeit neuartiger Methoden zur Navigation, Visualisierung undSonifikation musikalischer Strukturen durch deren Integration inBenutzerschnittstellen untersucht werden. Zweitens soll herausgefunden werden,wie und in welchem Umfang bisher rein manuell durchgeführte Arbeitsschritte zurVerlinkung und Analyse multimedialer Inhalte durch (teilweise) automatisierteVerfahren vereinfacht werden können. Insbesondere sind hierzu automatisierteSynchronisations- und Strukturierungsverfahren auszuwerten und zu adaptieren.Drittens sollen interaktive Werkzeuge zur personalisierten Strukturierung undAnalyse von Musikaufnahmen entwickelt werden. Durch die Einbeziehung desNutzers kann man spezifischen Bedürfnissen, Erwartungen und Anforderungengerecht werden. Diese Strategie ist nicht nur von hoher praktischer Relevanz,sondern wirft neue, wissenschaftliche Fragestellungen der adaptiven Analyse undModifikation von Musiksignalen auf. Weiterhin werden durch das Projekt und dieZusammenarbeit mit dem Carus-Verlag zahlreiche Querverbindungen zur Musikpädagogikund zu den Musikwissenschaften hergestellt, durch die weitere interdisziplinäreKooperationen angeregt werden können. -
SEBM processing of NiAlCrMo near eutectic alloy
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. November 2017 -
Informierte Klangquellenerkennung in Musikaufnahmen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2020
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)DieEntwicklung computergestützter Verfahren zur Analyse, Segmentierung undKlassifikation von Musiksignalen ist ein zentrales Forschungsthema des „MusicInformation Retrieval“. Eine wichtige Fragestellung besteht darin, alleAbschnitte einer Musikaufnahme, in denen eine Gesangsstimme vorkommt, zuidentifizieren. Während diese Aufgabe für den Menschen leicht zubewerkstelligen ist, stoßen automatisierte Verfahren aufgrund komplexerakustischer Überlagerungen von Gesangs- und Begleitstimmen schnell an ihreGrenzen. Eine erweiterte Problemstellung stellt die automatische Erkennung vonMusikinstrumenten dar. Hierbei besteht das Ziel darin, eine Musikaufnahme inAbschnitte ähnlicher Instrumentierung zu segmentieren und die darin vorkommendenInstrumente zu identifizieren. Weitere verwandte Fragestellungen betreffen die lokaleSchätzung des Polyphoniegrades, die Erkennung monophon gespielter Abschnitte,die Identifikation von Solopassagen und die Bestimmung aller Abschnitte mit dominanterMelodiestimme oder anderen spezifischen Klangeigenschaften. Ausgehend von denbeschriebenen Detektionsproblemen wollen wir in diesem Forschungsprojektgrundsätzliche Fragestellungen der klanglichen Segmentierung und Klassifikationvon Musikaufnahmen erforschen. Hierbei sollen automatisierte Verfahren zurDetektion unterschiedlicher Klangquellen in komplexen Musikaufnahmen entwickeltwerden. Um klangliche Vielfalt und möglichen Überlagerungen verschiedenerKlangquellen besser bewältigen zu können, wollen wir in diesem Projektinformierte Verfahren, die unterschiedliche Arten von Vor- oder Zusatzwissenberücksichtigen können, erforschen. Solches Wissen kann in Form von musikalischenParametern (z. B. Anzahl der Instrument, Noteninformation), Klangbeispielen (z.B. Samples von Instrumenten, repräsentative Musikpassagen) oder Nutzerspezifikationen(z. B. Annotationen, interaktives Feedback) gegeben sein. Unter Verwendung von Methodenaus den Bereichen der Audiosignalverarbeitung und Informatik (Strukturanalyse, Klassifikation)sollen im Rahmen dieses Projektes neuartige Analysetechniken entwickelt werden,die sich effizient an die jeweiligen Anforderungen einer spezifischen Anwendunganpassen lassen. Die entwickelten Erkennungsverfahren sollen für verschiedeneMusikgenres (u. a. Popmusik, Opernaufnahmen und Jazzmusik), die eine Vielzahlmöglicher Klangeigenschaften und Instrumentierungen abdecken, getestet undevaluiert werden.
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Hybrides Co-Simulations Framework
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. November 2017Simulation ist ein adäquates Mittel, welches erlaubt neuartige Technologien und Algorithmen zu untersuchen, zu evaluieren und zu validieren. Um zu realistischen Ergebnissen zu gelangen, ist es erforderlich diverse Herausforderungen zu meistern. Eine dieser Herausforderungen stellt die Durchführbarkeit der Berechnung von ganzheitlichen Simulationszenarien dar. Dies gilt vor allem, wenn Szenarien betrachtet werden sollen, die beispielsweise eine ganze Stadt, oder gar ein ganzes Land modellieren. Neben Betrachtungen der Performanz, bedarf die angemessene Modellierung von Szenarien der echten Welt meist der Kombination verschiedener Simulationswerkzeuge. Oft stammen die kombinierten Werkzeuge aus verschiedenen Domänen. Das führt dazu, dass ihre Kombination im Allgemeinen auch die Verbindung unterschiedlicher Modellierungsparadigmen erfordert. Zwei weitere Herausforderungen stellen die Zeitsynchronisation beteiligter Tools und der Datenaustausch zwischen den Tools dar.
Um diese Problemstellungen zu lösen, wird im Rahmen dieses Projekts ein hybrides Co-Simulations Framework entwickelt. Das Framework nutzt eine Implementierung der High Level Architecture (HLA, IEEE1516) als Middleware und erlaubt die dynamische Komposition eines Simulations-Setups, welches den bestehenden Anforderungen entspricht. Die Komposition erfolgt in zwei Dimensionen. In einer vertikalen Dimension gestattet Multi-Level Unterstützung die Simulation zu verschiedenen Detailgraden. Dies erfolgt je nach Anforderungen bezüglich Performanz, bestehender Datengrundlage und den formulierten Fragestellungen. In einer horizontalen Dimension erfolgt die Modellierung der domänenübergreifenden Kopplung von Simulationswerkzeugen. Der Fokus auf Erweiterbarkeit stellt sicher, dass die nachträgliche Eingliederung benötigter Simulationstools in das Framework ermöglicht wird. -
Verbundprojekt: ML-Forum - Machine Learning Forum
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Dieses Vorhaben zielt darauf ab, neben neuen universitären Lehrveranstaltungen fürMasterstudierende, klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) dabei zuunterstützen, die im Rahmen der Digitalisierung verfügbaren Daten mittelsmaschinellem Lernen (ML) sinnvoll zu nutzen und damit Entscheidungsprozesse zuunterstützen. Durch die thematische Aufstellung der Projektpartner an der FAUstammen Seminare, Praktika und Vorlesungen aus unterschiedlichen Säulen derInformatik und bieten somit vielfältige Vertiefungsmöglichkeiten für Studierende.Ergänzend wird in den industrieorientierten Hands-On-LABs mit Präsenzzeit dasTheoriematerial der Seminare, Praktika und Vorlesungen für praktischeProblemstellungen der Industrie aufbereitet. Es sollen z.B. Lösungsansätze fürdie in Deutschland relevanten Bereiche Industrie 4.0, Produktion oderAutomotive erarbeitet werden.
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Green Belt ML@Operations - Maschinelle Lernverfahren für spezifische Anwendungsfälle in Produktion und Qualität
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Die Digitalisierung birgt große Potenziale zur Steigerung der Ressourceneffizienz industrieller Produktionsprozesse. Durch Technologien im Kontext von Industrie 4.0 können produktionsnahe Daten kurzzyklisch erfasst und aggregiert werden. In Anbetracht der dadurch zunehmenden Datenkomplexität und des Datenvolumens stehen Mitarbeiter jedoch vor der Herausforderung, diese Daten zu analysieren und zu interpretieren sowie die Nachhaltigkeit der eingeleiteten Maßnahmen zu bewerten, wobei die kognitiven Fähigkeiten oft an ihre Grenzen stoßen.
Verfahren des Maschinellen Lernens (ML) können hier neue Formen der Arbeitsteilung zwischen Maschinen bzw. Software als Entscheidungsvorbereiter und Mitarbeitern als Problemlöser zu ermöglichen. In der industriellen Praxis werden ML-Verfahren meist situativ und von Experten entwickelt eingesetzt, so dass der Aufwand entsprechend hoch ist. Des Weiteren verfügen kleine und mittlere Unternehmen (kmU) häufig nur über wenig Ressourcen und Expertise, um diese Potenziale zu nutzen.
Ziel dieses Projektes ist es, ein Qualifizierungskonzept zu entwickeln und durchzuführen, um den Kenntnisstand bzgl. ML-Verfahren von Mitarbeitern in Produktions- und Qualitätsbereich sowie von Studierenden mit den genannten Schwerpunkten gezielt zu erweitern. Die Teilnehmer entscheiden sich dabei entweder für die Spezialisierungsrichtung "Produktion" oder "Qualität". Jede Spezialisierungsrichtung besteht aus vier praxisorientierten Anwendungsfällen, in denen die Teilnehmer geeignete ML-Verfahren kennenlernen und in konkreten individuellen Projekten mit ca. 10 Wochen Dauer anwenden. Die Anwendungsphase wird von der wissenschaftlichen Leitung des Projekts individuell gecoacht. Die Anwendungsfälle orientieren sich an bestehenden Geschäftsprozessen und Problemstellungen in der Industrie zum Qualitätsmanagement und zur Optimierung von Produktionsprozessen, wodurch ein einfacher Transfer und eine hohe Akzeptanz auf industrieller Seite sichergestellt werden soll.
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Software Campus 2.0
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
OpenMP für rekonfigurierbare heterogene Architekturen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: OpenMP für rekonfigurierbare heterogene Architekturen
Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://www2.cs.fau.de/research/ORKA/High-Performance Computing (HPC) ist ein wichtiger Bestandteil für die europäische Innovationskapazität und wird auch als ein Baustein bei der Digitalisierung der europäischen Industrie gesehen. Rekonfigurierbare Technologien wie Field Programmable Gate Array (FPGA) Module gewinnen hier wegen ihrer Energieeffizienz, Performance und ihrer Flexibilität immer größere Bedeutung.
Es wird außerdem zunehmend auf HPC-Systeme mit heterogenen Architekturen gesetzt, auch auf solche mit FPGA-Beschleunigern. Die große Flexibilität dieser FPGAs ermöglicht es, dass eine große Klasse von HPC-Applikationen mit FPGAs realisiert werden kann. Allerdings ist deren Programmierung bisher vorwiegend Spezialisten vorbehalten und sehr zeitaufwendig, wodurch deren Verwendung in Bereichen des wissenschaftlichen Höchstleistungsrechnens derzeit noch selten ist.
Im HPC-Umfeld gibt es verschiedenste Programmiermodelle für heterogene Rechnersysteme mit einigen Typen von Beschleunigern. Gängige Programmiermodelle sind zum Beispiel OpenCL (opencl.org), OpenACC (openacc.org) und OpenMP (OpenMP.org). Eine produktive Verwendbarkeit dieser Standards für FPGAs ist heute jedoch noch nicht gegeben.Ziele des ORKA Projektes sind:
- Nutzung des OpenMP-4.0-Standards als Programmiermodell, um ohne Spezialkenntnisse heterogene Rechnerplattformen mit FPGAs als rekonfigurierbare Architekturen durch portable Implementierungen eine breitere Community im HPC-Umfeld zu erschließen.
- Entwurf und Implementierung eines Source-to-Source-Frameworks, welches C/C++-Code mit OpenMP-4.0-Direktiven in ein ausführbares Programm transformiert, das die Host-CPUs und FPGAs nutzt.
- Nutzung und Erweiterung existierender Lösungen von Teilproblemen für die optimale Abbildung von Algorithmen auf heterogene Systeme und FPGA-Hardware.
- Erforschung neuer (ggf. heuristischer) Methoden zur Optimierung von Programmen für inhärent parallele Architekturen.
Im Jahr 2018 wurden folgende wesentlichen Beiträge geleistet:
- Entwicklung eines source-to-source Übersetzerprototypen für die Umschreibung von OpenMP-C-Quellcode (vgl. Ziel 2).
- Entwicklung eines HLS-Übersetzerprototypen, der in der Lage ist, C-Code in Hardware zu übersetzen. Dieser Prototyp bildet die Basis für die Ziele 3 und 4.
- Entwicklung mehrerer experimenteller FPGA-Infrastrukturen für die Ausführung von Beschleunigerkernen (nötig für die Ziele 1 und 2).
Im Jahr 2019 wurden folgende wesentlichen Beiträge geleistet:
- Veröffentlichung zweier Papiere: "OpenMP on FPGAs - A Survey" und "OpenMP to FPGA Offloading Prototype using OpenCL SDK".
- Erweiterung des source-to-source Übersetzerprototypen um OpenMP-Target-Outlining (incl. Smoke-Tests).
- Fertigstellung des technischen Durchstichs für den ORKA-HPC-Prototypen (OpenMP-zu-FPGA-Übersetzer).
- Benchmark-Suite für die quantitative Leistungsanalyse von ORKA-HPC.
- Erweiterung des source-to-source Übersetzerprototypen um das Genom für die genetische Optimierung der High-Level-Synthese durch Einstellen von HLS-Pragmas.
- Prototypische Erweiterung des TaPaSCo-Composers um ein (optionales) automatisches Einfügen von Hardware-Synchronisationsprimitiven in TaPaSCo-Systeme.
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Atomlagenabscheidung von Dotierstoffquellen für die Dotierung von Halbleiterstrukturen - Charakterisierung und Modellierung der Drive-In Prozesse
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 2. Oktober 2017 - 30. September 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das wissenschaftliche Programm des Antrags beinhaltet die Zielsetzung, ergänzend zu Atomlagenabscheidungsprozessen für Boroxid und Antimonoxid, solche für phosphorhaltige Schichten zu entwickeln. Zudem sind für instabile dotierstoffhaltige Schichten geeignete Verfahren zur ihrer Stabilisierung zu finden und zu analysieren. Die abgeschiedenen Schichten sollen als Dotierstoffquelle für Silicium zur Erzeugung ultraflacher und homogen dotierter pn-übergänge, insbesondere bei dreidimensionalen Topographien, verwendet werden. über diese experimentellen Arbeiten hinaus sollen die abgeschiedenen Schichten charakterisiert und die Diffusionsprozesse im Silicium und in der Oxidphase untersucht und damit die Dotierprozesse modelliert werden.
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Management-Accounting für Inner Source
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Simulation und Modellierung verschiedener 5G-Mechanismen im Kontext vernetzter Mobilität
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 31. August 2022Die Vernetzung von Fahrzeugen mit anderen Verkehrsteilnehmen bzw. der Infrastruktur (Vehicle-to-Everything (V2X)) ist eine der Schlüsseltechnologien für das autonome Fahren und Smart Cities. Der hierfür entwickelte WLAN-Standard IEEE 802.11p ist bereits seit einem Jahrzehnt Schwerpunkt der Forschung. Bislang hat sich diese Kommunikationstechnologie in der Automobilbranche jedoch nicht als Kommunikationsstandard durchsetzen können. Ein möglicher Grund hierfür ist die nicht vorhandene stationäre Infrastruktur (Basisstationen am Straßenrand oder an Ampeln), welche hohe Investitionen erfordern würden.
Viele Automobilhersteller fokussieren ihren Forschungsschwerpunkt deshalb auf Mobilfunktechnoligen der neuesten Generation. Die benötigte Infrastruktur ist aufgrund anderer Mobilfunkteilnehmer flächendeckend vorhanden. Bei LTE wurden bereits Spezifikationen für die direkte Kommunikation zwischen Fahrzeugen sowie die Kommunikation über eine Basisstation verabschiedet. Die neueste Mobilfunkgeneration (5G), welche ab dem Jahr 2020 eingeführt werden soll, berücksichtigt hier von Beginn an Anwendungsfälle und Kriterien für die V2X-Kommunikation. Hierbei sollen bei 5G die Virtualisierung der Mobilfunkkomponenten per Network Slicing in Verbindung mit SDN und NFV eine entscheidende Rolle zur Einhaltung von Dienstgüteparametern gegenüber LTE und WLAN spielen.
Für die Simulation von Szenarien der V2X-Kommunikation per WLAN IEEE 802.11p ist das am Lehrstuhl entwickelte Framework Veins bei zahlreichen Studien eingesetzt worden. Um Vergleiche zwischen WLAN und Mobilfunk per Simulation zu evaluieren, ist eine Weiterentwicklung von Veins um die Mobilfunktechnologien LTE/5G von großem Interesse. Der Fokus liegt hier insbesondere bei Fragestellungen zur Dienstgüte und den angedachten V2X-Anwendungsfällen. Im Rahmen der Dissertation wird das Veins-Framework auf die 5G Technologie erweitert. Der Schwerpunkt liegt hier auf Mechanismen der unteren Netzwerkschichten und der angedachten QoS (Quality of Service) und Network Slicing Ansätze.
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Wissensbasierte Prozessführungsstrategie zur stoffadaptiven Vermeidung des Überschäumens beim Abfüllen schaumfähiger, nichtkarbonisierter Getränke
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Bei der Abfüllung nicht-karbonisierter Getränke kommt es in der Praxis häufig zu einer unerwünschten Schaumbildung, die die Produktion negativ beeinflusst (Anlagen-ausbringung, Abfüllungsgenauigkeit, Pro-duktverlustmenge, Hygiene des Abfüllprozesses). So muss sich die Abfülldynamik i.d.R. dem Schaumbildungsvermögen des abzufüllenden Produktes anpassen. Das Überschäumen bestimmt auch die Notwendigkeit und Häufigkeit von Flaschen- und Anlagenreinigung inkl. des damit verbundenen Einsatzes von Energie, Reinigungs- und Betriebsmitteln und der damit verbundenen Kosten. Vereinzelt verhindert ein unkontrollierter Schaumaustritt - etwa bei Obstsäften - schlichtweg den Einsatz einer aseptischen Abfüllung.
Die größte wirtschaftliche Bedeutung besitzt das unerwünschte Überschäumen bei Orangensaft, mit einer Produktionsmenge von 656 Mio. L/Jahr (2015). Weitere Beispiele sind Säfte aus Ananas oder Roten Früchten sowie faserhaltige Säfte. Im Segment der Gemüsesäfte liegt ein besonders hohes Überschäumrisiko bei Rote-Bete- oder Sauerkrautsäften vor.
Zum Überschäumen tragen folgende Effekte bei: (i) die von der Strömungsdynamik induzierte Freisetzung chemisch gelöster Gase aus der flüssigen Phase bzw. der induzierte Gaseintrag an der Getränkeoberfläche, (ii) die bei faserhaltigen Getränken zusätzlich stattfindende Freisetzung der an den Fasern anhaftenden Mikroblasen, (iii) die Anwesenheit oberflächenaktiver Stoffe, für das Schaumbildungsvermögen verantwortlich sind und (iv) die aus der stofflichen Zusammensetzung eines Saftes resultierenden physikalischen Eigenschaften (Dichte, Oberflächenspannung, Benetzungswinkel und rheologische Stofffunktionen).Ziel des Forschungsvorhabens ist es , eine KNN-basierte Prozessführungsstrategie zu entwickeln und dynamisch entstehende Schaumschichten durch nicht-invasive, akustische oder alternativ thermische Schaumzerstörungsmechanismen während des Abfüllprozesses einzuschränken oder zu beseitigen.
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Ganzheitliche Dreidimensionale Simulation von Vernetzter Mobilität
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2022Die Möglichkeiten und Herausforderungen der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation bzw. Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (Vehicle-to-X- bzw. V2X-Kommunikation) werden bereits seit vielen Jahren erforscht. Ein beliebtes Mittel, das bei relativ hoher Detailtreue ausreichend Flexibilität bei den Untersuchungen zulässt, ist die Simulation solcher Netzwerke, welche sowohl den Verkehrs- als auch den Kommunikationsaspekt berücksichtigen muss. Mit dem am Lehrstuhl entwickelten Framework Veins konnten hierbei bereits große Erfolge erzielt werden.In letzter Zeit zeichnet sich allerdings ein Trend ab, der über die einfache Kommunikation zwischen Fahrzeugen hinaus geht. Unter dem Stichwort vernetzte Mobilität wird die Kommunikation verschiedenster Verkehrsteilnehmer untereinander, aber auch mit Infrastruktur oder gar Gebäuden zusammengefasst, wie sie in naher Zukunft zu erwarten ist. Bei den Verkehrsteilnehmern kann es sich hierbei wie bisher um herkömmliche Autos und Nutzfahrzeuge handeln, aber auch um autonom fahrende Fahrzeuge sowie Fußgänger oder Radfahrer. Vor allem in den sich zu Smart Cities entwickelnden Großstädten werden komplexe Verkehrs- und damit Kommunikationsszenarien zur Regel.
Um die Problemstellungen solcher Situationen bereits heute untersuchen zu können, bedarf es einer Erweiterung der klassischen V2X-Simulation. Zum einen soll der Einfluss verschiedenartiger Verkehrsteilnehmer, wie z.B. Fußgängern oder autonomen Fahrzeugen berücksichtigt werden. Zum anderen gilt es auch neue Kanalmodelle zu entwickeln, die den dreidimensionalen Charakter komplexer Szenarien in modernen Smart Cities unter begrenztem Aufwand möglichst realistisch abbilden können. Zur Sicherstellung korrekter Ergebnisse bedarf es dabei entsprechender Feldtests zur Validierung der neuen Simulationsmodelle. Des Weiteren soll mithilfe von KI-Verfahren und anderen geeigneten Methoden der Aufwand bei der Betrachtung komplexer Simulationsszenarien beherrschbarer gemacht werden.
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BottlePost- ein sicheres, providerloses zu 100% dezentralisiertes peer-to-peer Emailsystem, welches die Privatsphäre auf innovative und benutzerfreundliche Art und Weise, durch automatische Verwendung von "State-of-the-Art" Verschlüsselungstechnologie und Dezentralisierung schützt.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Iron aluminides and hierarchical-precipitate-strengthened ferritic superalloys
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Oktober 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)It is worked on novel hierarchical FeAl-based precipitate-strengthened alloys for high-temperature structural applications. Some of them show very unique hierarchical microstructure with L21 precipitates within B2 precipitates within a bcc matrix. This exciting group of materials resembles a promising low-cost alternative to Ni-superalloys and Ti-based alloys under specific conditions. A potential application for these alloys ultra-supercritical power plants with service temperatures ~760 °C, where their lower thermal expansion and their higher thermal conductivity are desirable. In this context, his research is primarily focused on the alloy development and optimization through microstructural and mechanical characterization.
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Rekurrente Neuronale Netze (RNNs) zur echtzeitnahen Bestimmung nichtlinearer Bewegungsmodelle
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 1. Oktober 2020
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
URL: https://www2.cs.fau.de/research/RuNN/Mit wachsender Verfügbarkeit von Information über eine Umgebung (z.B. eine Sporthalle) und über die Objekte darin (z.B. Sportler in der Halle) steigt das Interesse, diese Informationen gewinnbringend zusammenzuführen (sog. Information Fusion) und zu verarbeiten. Zum Beispiel will man physikalisch korrekte Animationen (z.B. in der virtuellen Realität) von komplexen und hochdynamischen Bewegungen (z.B. in Sportsituationen) in Echtzeit rekonstruieren. Ebenso könnten z.B. auch Fertigungsanlagen der Industrie, die unter ungünstigen Umgebungsverhältnissen leiden (bspw. Magnetfeldinterferenzen oder fehlendes GPS-Signal), von bspw. hochpräziser Warenortung profitieren. Typischerweise verwendet man, um Bewegungen zu beschreiben, entweder Posen, die einen „Snapshot" eines Bewegungszustands beschreiben (z.B. Stillstand), oder ein Bewegungsmodell, welches eine Bewegung im zeitlichen Verlauf beschreibt (z.B. Laufen oder Rennen). Außerdem können menschliche Bewegungen durch unterschiedliche Sensoren (z.B. am Körper) erfasst und in Form von Posen und Bewegungsmodellen abgebildet werden. Dabei liefern verschiedene Typen von modernen Sensoren (bspw. Kamera-, Funk- und Inertial-Sensoren) Informationen von unterschiedlicher Qualität.Prinzipiell ist mit Hilfe teurer und hochpräziser Messinstrumente die Extraktion der Posen und resp. des Bewegungsmodells bspw. aus Positionen (Positionen, z.B. menschlicher Extremitäten, können Posen und Bewegungsmodelle beschreiben oder durch diese beschrieben werden) auf kleinen Trackingflächen fehlerfrei möglich. Kamerabasierte Sensorik liefert dabei die benötigten hochfrequenten hochpräzisen Referenzmessungen auf kleinen Flächen. Allerdings sinkt mit zunehmender Größe der Trackingfläche die Tauglichkeit kamerabasierter Systeme (auf Grund von Ungenauigkeiten oder Problemen durch Verdeckung). Ebenso liefern Funk- und Inertial-Sensoren nur verrauschte und ungenaue Messungen auf großen Flächen. Eine auf Bayes‘schen Filtern basierende Kopplung von Funk- und Inertial-Sensoren erzielt zwar eine höhere Genauigkeit. Diese ist aber noch immer unzureichend, um z.B. im Sport menschliche Bewegungen (abrupte und schnelle Bewegungsänderungen) auf großen Flächen sensorisch präzise zu erfassen. Damit sind die resultierenden Bewegungsmodelle ungenau.Ferner ist jede menschliche Bewegung hochgradig nichtlinear (resp. nicht vorhersagbar). Diese Nichtlinearität lässt sich mit Hilfe heutiger Bewegungsmodelle, wie sie bspw. durch Bayes‘schen Filter beschrieben werden, nicht korrekt abbilden, da diese (statistischen) Methoden ein nichtlineares Problem in lineare Teilprobleme herunterbrechen, die wiederum die Bewegung nicht physikalisch korrekt repräsentieren können. Darüber hinaus erzeugen aktuelle Verfahren hohe Latenz, wenn Genauigkeit gefordert ist.Aufgrund dieser drei Probleme (ungenaue Positionsdaten auf großen Flächen, Nichtlinearität und Latenz) sind heutige Verfahren bspw. für Sportanwendungen unbrauchbar, die kurze Antwortzeiten fordern. Im Rahmen dieses Projekts wird mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens diesen Nichtlinearitäten entgegengewirkt. So umfasst das Projekt die Erforschung rekurrenter neuronaler Netze (RNN) zur Bestimmung nichtlinearer Bewegungsmodelle. Nichtlineare menschliche Bewegungen (z.B. die Lage des Kopfes zum Rumpf während des Laufens oder Rennens), können mittels moderner Bayes‘scher Filterverfahren (z.B. Kalman- und Partikel-Filter) und anderer statistischer Methoden nur durch ihre linearen Anteile und somit physikalisch nicht vollständig korrekt beschrieben werden. Daher ist das Kernziel, zu evaluieren, wie Methoden des maschinellen Lernens zur Beschreibung von komplexen und nichtlinearen Bewegungen eingesetzt werden können. Es wurde deshalb untersucht, ob RNNs die Bewegungen eines Objektes physikalisch korrekt beschreiben und bisherige Methoden unterstützen oder ersetzen können. Im Rahmen einer großangelegten Parameterstudie wurden physikalische korrekte Bewegungen simuliert und auf diesen Simulationen RNN-Verfahren optimiert. Es konnte erfolgreich gezeigt werden, dass RNN-Modelle mit Hilfe geeigneter Trainingsverfahren entweder physikalische Zusammenhänge oder Bewegungsformen erlernen.
Im Rahmen dieses Projekts werden drei wesentliche Themen bearbeitet:
I. Eine Basisimplementierung untersucht, wie und warum Methoden des maschinellen Lernens zur Bestimmung von Bewegungsmodellen von Menschen eingesetzt werden können.
Im Jahr 2018 wurde zunächst ein tieferes Verständnis der Ausgangssituation und Problemstellung aufgebaut. Mit Hilfe verschiedener Basisimplementierungen (unterschiedlicher Bewegungsmodelle) wurde untersucht (1) wie sich unterschiedliche Bewegungen (z.B. Menschen: Laufen, Rennen, Slalom und Fahrzeuge: Mäander, Zig-Zag) auf Messungenauigkeiten der verschiedenen Sensorfamilien auswirken, (2) wie sich Messungenauigkeiten verschiedener Sensorfamilien (z.B. sichtbare Orientierungsfehler, hörbare Störgeräusche und bewusste künstliche Messfehler) auf die menschliche Bewegung auswirken und (3) wie sich verschiedene Filtermethoden zur Fehlerkorrektur (Balanceakt zwischen Genauigkeit und Latenz) auf die Bewegung und Sensoren auswirken. Darüber hinaus konnte (4) gezeigt werden, wie Messungenauigkeiten (bedingt durch den Einsatz aktueller Bayes‘scher Filterverfahren) mit der menschlichen Körperhaltung (bspw. Gangapparat) nichtlinear korrelieren und wie Auswirkungen der Messfehler auf die Gesundheit (Simulatorkrankheit) mittels maschinellen Lernens vorhergesagt werden können. Es wurden Methoden des maschinellen und tiefen Lernens zur Bewegungserfassung (Mensch: Kopf, Körper, obere und untere Extremität; Fahrzeug: ein- und zweiachsig) und Bewegungsrekonstruktion (5) auf Basis von Inertial-, Kamera- und Funksensoren studiert und verschiedene Methoden zur Merkmalsextraktion (bspw. SVM, DT, k-NN, VAE, 2D-CNN, 3D-CNN, RNN, LSTMs, M/GRU) untersucht. Diese wurden u. A. zu verschiedenen hybriden Filtermodellen verschaltet, um extrahierte Merkmale um zeitliche und kontextsensitive Bewegungsinformationen anzureichern und so möglicherweise genauere, robustere und echtzeitnahe Bewegungsmodelle zu erstellen. So konnten (6) Bewegungsmodelle für mehrachsige Fahrzeuge (Gabelstapler) auf Basis von Inertial-, Funk- und Kameradaten gelernt werden, die auf unterschiedliche Umgebungen, respektive Trackingflächen (Größe, Form und sensorische Struktur bspw. Magnetfeld, Mehrwege, Texturierung und Beleuchtung) generalisieren. Weiter (7) konnte ein tieferes Verständnis der Auswirkungen von nicht konstant beschleunigten Bewegungsmodellen auf Funksignale untersucht werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse konnte ein LSTM Modell angelernt werden, das unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten und Bewegungsformen eines einachsigen Roboters (Segway) nahe Echtzeit und genauer als herkömmliche Verfahren vorhersagen kann.
Im Jahr 2019 wurde festgestellt, dass diese Modelle auch die menschliche Bewegung (menschliches Bewegungsmodell) vorhersagen können. Weiter wurde im Jahr 2019 festgestellt, dass die LSTM Modelle zur Laufzeit entweder vollständig autark oder als Stützstellen in Lokalisierungsschätzern (bspw. Pedestrian Dead Reckoning, PDR, Methoden) integriert werden können.
II. Darauf aufbauend soll versucht werden, wie diese Basis hinsichtlich ihrer Robustheit, Latenz und Wiederverwendbarkeit zu optimieren ist.
Im Jahr 2018 konnten die Erkenntnisse aus I. (1-7) genutzt werden, um sogenannte (1) relative Pedestrian Dead Reckoning (PDR) Verfahren mit Hilfe von Bewegungsklassifizierern zu stabilisieren. Diese konnten eine Generalisierung auf beliebige Umgebungen ermöglichen. Das tiefere Funksignalverständnis (2) ermöglichte das Abbilden von Langzeitfehlern in RNN-basierten Bewegungsmodellen, um die Positionsgenauigkeit und Stabilität zu verbessern und nahe Echtzeit vorherzusagen. Die Robustheit der Bewegungsmodelle (3) konnte in ersten Versuchen mit Hilfe verschiedener realer (den Modellen unbekannter) Bewegungstrajektorien für ein- und zweiachsige Fahrzeuge gezeigt werden. Weiter wurde untersucht, (4) wie hybride Filtermodelle (bspw. Verschaltung von Merkmalsextraktoren 2D/3D-CNN und Zeitreihe RNN-LSTM) sowohl genauere, als auch stabilere und gefilterte (um Ausreißer korrigierte) Ergebnisse liefert.
Im Jahr 2019 wurde gezeigt, dass Modelle der RNN Familie in der Lage sind, Bewegungen in die Zukunft zu extrapolieren, so dass diese die Latenz der Verarbeitungskette und darüber hinaus kompensieren. Weiter wurde im Jahr 2019 die Erklärbarkeit, Interpretierbarkeit und Robustheit der hier untersuchten Modelle und die Wiederverwendbarkeit auf die menschliche Bewegung untersucht.Mit Hilfe eines Simulators wurden im Jahr 2019 physikalisch korrekte Bewegungen, z.B. Positionen von Fußgängern, Fahrradfahrern, Autos und Flugzeugen erzeugt. Auf Basis dieser Daten wurde gezeigt, dass RNN Modelle zwischen unterschiedlichen Bewegungstypen interpolieren können. Weiter wurde gezeigt, dass RNN Modelle fehlende Datenpunkte kompensieren, weißes und zufälliges Rauschen als solches interpretieren und Bewegungen in die Zukunft extrapolieren können. Letzteres ermöglicht die Kompensation von verarbeitungsspezifischer Latenz und ermöglicht eine Vorhersage der menschlichen Bewegung aus Funk- und Inertial-Daten in harter Echtzeit.Neue RNN Architektur. Ferner wurde im Jahr 2019 eine neue Architektur, bzw. Topologie, eines neuronalen Netzes erforscht, welches die Stärken und Schwächen von flachen neuronalen Netzen und rekurrenter Netzen so kompensiert, dass eine optimales NN zur Bestimmung physikalisch korrekter Bewegung in einer großangelegten Parameterstudie gefunden werden konnte.Architektur Optimierung. Es wurde im Jahr 2019 eine großangelegte Studie zur Optimierung der Modellparameter für die Mensch-zentrierte Lokalisierung durchgeführt. Diese optimalen Architekturen können die menschliche Bewegung aus möglichst wenig Sensorinformationen weit in die Zukunft voraussagen. Die Architektur mit dem geringsten Lokalisierungsfehler kombiniert zwei DNNs mit einem RNN.Interpretierbarkeit von Modellen. Dieses neue Modell wurde im Jahr 2019 auf seine Funktionsweise untersucht. Dazu wurde eine neuartige Prozesskette zur Interpretation und Erklärung des Modelles erforscht. Die Prozesskette nutzt den Fluss der gegenseitigen Information und die gegenseitige Übertragungsentropie in Kombination mit verschiedenen gezielten Manipulationen der versteckten Zustände und geeigneten Visualisierungstechniken, um den Zustand des Modelles zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen.Darüber hinaus wurde im Jahr 2019, um extrahierte Merkmale eines neuronalen Netzes besser zu visualisieren und zu interpretieren, ein "Variational Auto-Encoder" (VAE) adaptiert. Der VAE wurde so gestaltet und parametrisiert, dass der Rekonstruktionsfehler des Signals innerhalb des Messrauschens liegt und das Modell gleichzeitig gezwungen wird, entwirrte Merkmale im latenten Raum abzulegen. Dieses Entwirren ermöglicht erste subjektive Aussagen über die Zusammenhänge der Merkmale, die wirklich nötig sind, um den Kanalzustand eines Funksignals optimal zu kodieren.Kompression. Dabei wurde im Jahr 2019 ein netter Seiteneffekt des VAEs entdeckt. Ein solcher VAE bietet die Möglichkeit der dezentralen Vorverarbeitung der Kanalinformationen direkt an der Antenne. Diese Komprimierung führt dann zu weniger Datenverkehr, erzeugt weniger Kommunikationslast und erhöht somit die Anzahl möglicher Teilnehmer an der Kommunikation und Lokalisierung in einem abgeschlossenen Sensornetz.Einfluss der Variation der Eingabeinformationen. Weiter wurde im Jahr 2019 untersucht, wie sich Änderungen der Inputsequenzlänge eines rekurrenten neuronalen Netzes auf den Lernerfolg und die Art der Ergebnisse des Modells auswirken. Es wurde entdeckt, dass eine längere Sequenz das Modell überredet, eher ein Bewegungsmodell i.S.v. der Form der Bewegung zu erlernen, während kürzere Sequenzen dazu tendieren physikalische Zusammenhänge zu erlernen. Die höchste Genauigkeit erreicht man mit der optimalen Balance zwischen kurzen und langen Sequenzen.Es wurde im Jahr 2019 eine Geschwindigkeitsschätzung mittels des neuen Verfahrens untersucht. Diese floss dann direkt in ein PDR Modell ein, um die Positionsgenauigkeit zu erhöhen. Eine erste Arbeit im Jahr 2019 dazu hat im Detail untersucht, welche Verfahren am besten geeignet sind, um eine ungerichtete Geschwindigkeit der menschlichen Bewegung aus einem rohen Intertialsignal zu schätzen. Ein neues Verfahren, eine Kombination aus einem eindimensionalen CNN und einem BLSTM, hat hier den Stand der Technik abgelöst.
III. Abschließend soll eine Demonstration der Machbarkeit erprobt werden.
Im Jahr 2018 wurde im Rahmen einer Großstudie mit sozialwissenschaftlichem Hintergrund das weltgrößte virtuelle Dinosauriermuseum eröffnet. Es konnte gezeigt werden, dass ein vorausgewähltes (auf das Einsatzszenario optimiertes) Bewegungsmodell die menschliche Bewegung robust und genau (i.S.v. kein signifikanter Einfluss auf die Simulatorkrankheit) abbilden resp. vorhersagen kann. Dieses wird als Basis für Vergleichstest für weitere Modelle (mensch-zentriert und generalisierend auf unterschiedliche Umgebungen) genutzt.
Im Jahr 2019 wurden auf Basis der erzielten Forschungsergebnisse in I und II zwei neue Live-Demonstratoren entwickelt. (1) Eine Modelleisenbahn, welche in variablen Geschwindigkeiten eine Landschaft mit Tunnel durchquert. Dabei repräsentiert der Tunnel realistische und typische Umgebungscharakteristika, die zu nichtlinearen Mehrwegeausbreitungen eines zu lokalisierenden Funksenders führen und letztendlich zu fehlerhaften Positionsbestimmung. Dieser Demonstrator zeigt, dass die im Rahmen des Forschungsprojektes erforschten RNN Verfahren sowohl auf komplexen Kanalimpulsantworten, als auch auf dimensionsreduzierten Antwortzeiten hochgenau und robust lokalisieren können und darüber hinaus bessere Ergebnisse als herkömmliche Kalman-Filter liefern. (2) Der zweite Demonstrator dient zur Visualisierung der Bewegung der oberen Extremität eines Menschen. Dabei wurde die menschliche Bewegung mit kostengünstiger Inertialsensorik erfasst, klassifiziert und Bewegungsparameter abgeleitet. Eine grafische Oberfläche visualisiert nahe Echtzeit die Bewegung und die abgeleiteten Parameter.Die geplante Generalisierbarkeit, bspw. der mensch-zentrierten Modelle, und die Anwendbarkeit von RNN-basierten Verfahren in unterschiedlichen Umgebungen konnte mittels (1) und (2) demonstriert werden.Im Jahr 2019 konnten folgende Anwendungen der vorgeschlagenen Methode beforscht und entwickelt werden:Anwendung: Funksignal. Es wurden die Kanalinformationen eines Funksystems hierarchisch derart klassifiziert, dass das Lokalisierungsproblem eines Line of Sight (LoS) und Non Line of Sight (NLoS) Klassifizierers in ein binäres Problem übertragen werden konnte. So kann rein auf Basis einzelner Kanalinformationen einer einzelnen Antenne eine Position auf einen Meter genau lokalisiert werden, wenn die Umgebung heterogene Kanalausbreitung breitstellt.Ferner wurden LoS und NLoS Kanalinformationen simuliert und genutzt, um zwischen unterschiedlichen Kanälen zu interpolieren. Dies ermöglicht den Anbietern von Funksystemen, auf sich ändernde oder neue Umgebungen in den Kanalinformationen bereits a-priori in der Simulation einzugehen. Durch selektives Nachtrainieren der Modelle mit dem simulierten Wissen werden robustere Modelle ermöglicht.Anwendung: Kamera- und Funksignal. Weiter konnte gezeigt werden, wie sich die RNN Methoden auf Informationen anderer Sensorfamilien, z.B. Videobilder, übertragen lassen. Eine Kombination von Funk- und Kamerasystemen ermöglichte es, ein Modell zu trainieren, welches selbst in Verdeckungsfällen der Kamera eine reibungslose Fusion der beiden Sensorinformationen schafft und zu einer robusteren und genaueren Lokalisierung mehrerer Personen führt.Anwendung: Kamerasignal. In einer weiteren Arbeit wurde ein RNN-Verfahren genutzt, um die zeitlichen Zusammenhänge von Ereignissen in Bildern zu untersuchen. Im Gegensatz zu der vorangegangenen Arbeit, die heterogene Sensorinformationen nutzt, nutzt dieses Netz lediglich Bildinformationen. Das Modell nutzt die Bildinformationen allerdings so, dass es die Bilder unterschiedlich interpretiert: als räumliche Informationen i.S.v. ein einzelnes Bild, und als temporale Information i.S.v. mehrere Bilder im Input. Dieses Aufsplitten führt dazu, dass einzelne Bilder quasi als zwei fiktive virtuelle Sensorinformationsströme genutzt werden können, um Ergebnisse räumlich (Merkmale) zu erkennen und temporal (zeitliche Zusammenhänge) besser vorhersagen zu können.Eine weitere Arbeit nutzt Kamerabilder, um die Kamera selbst zu lokalisieren. Dazu wurde eine neue Verarbeitungskette erschaffen, welche das Videosignal über die Zeit aufbricht und absolute und relative Informationen in unterschiedlichen neuronalen Netzen erlernt und deren Ausgabe in einem Fusionsnetz zu einer optimalen Pose zusammenführt.Anwendung: EEG-Signal. In einem Kooperationsprojekt konnten die hier erforschten Methoden auf weitere Sensordaten angewendet werden. Es konnten Beta- und Gammawellen des menschlichen Gehirns in unterschiedlichen emotionalen Zuständen aufgezeichnet werden und diese von einem RNN genutzt werden, um die Emotionen einer Testperson in 90% aller Fälle aus rohen EEG Daten korrekt vorherzusagen.Anwendung: Simulatorkrankheit. In einer weiteren Arbeit konnte gezeigt werden, wie sich die Visualisierung in VR auf die menschliche Wahrnehmung und Bewegungsanomalien, respektive Simulatorkrankheit, auswirkt und wie sich die hier erforschten neuronalen Netze ausnutzen lassen, um die Effekte vorherzusagen. -
Cu-based shape memory alloys and bulk-metallic glasses
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Oktober 2017
Mittelgeber: andere FörderorganisationIn this project two different but equally exciting material systems are being investigated:
Development of high temperature Cu-Al-Ni-X shape memory alloys (SMAs)
Compared to commercially available Ni-Ti SMAs, Cu-Al-Ni-X SMAs possess a slightly higher transformation temperature above 100 °C and exhibit a lower production cost. However, poor mechanical properties caused by their typically coarse grain size and anisotropy severely limit their worldwide application. Therefore, microalloying is employed to refine the grain size and improve their mechanical properties.
Laser additive manufacturing of bulk metallic glasses (BMGs) and bulk metallic glass composites (BMGCs)
BMGs and BMGCs exhibit a unique set of functional and mechanical properties. They are conventionally fabricated via Cu mold-casting, which doesn’t allow the production of large-scale parts or complex geometries. Laser additive manufacturing such as laser powder bed fusion (LPBF) and laser metal deposition (LMD) offer an exciting new way to manufacture these alloys due to their inherent rapid cooling rate and the ability to print complex parts near net-shape.
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Mechanotransduktion in Endothel- und Herzmuskelzellen bei multidirektionalem Dehnungsstress unter Verwendung einer neuen isotropen `Cell-Stretch`Technologie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Cells are physically anchored with their surrounding extracellular matrix (ECM) by focal adhesion complexes (FAC). External forces transmitted by ECM towards the cell membrane must be sensed and transduced to intracellular signaling pathways, eventually regulating FAC patterns and strength. Mechanosensation includes activation of cation-selective mechanosensitive channels to allow Ca2+-influx. Ca2+-entry may lead to changes in cellular adhesion, re-orientation and re-adjustment of FAC proteins, for which the signaling loop is not well defined. For endothelial cells (ECs), stretch experiments have shown that transient receptor potential (TRP) channels are involved in regulating mechanotransduction. However, biomechanical assays usually involve uniaxial stretch devices that linearly stretch cells coated on elastomer membranes. Stretch-regimes more likely reflecting the strain experienced by cells in vivo, i.e. equi-biaxial or isotropic stretch, are not well studied, as current technologies with pneumatic systems have limitations for high resolution microscopy. This becomes a major limitation when studying, e.g., single cardiomy-ocytes under multiaxial stretch with confocal microscopes. In addition, an endothelial-muscular cross-talk, as postulated for vascular tissue, has not been demonstrated in cardiac preparations. In our project, we aim to study both ECs and adult cardiomyocytes (CMs) using both uniaxial and novel isotropic stretch regimes to study their specific response to mechanical stress, either cyclic or static. For this, we will apply our novel IsoStretcher technology for automated stretch protocols and image acquisition. Quantitative fura-2 Ca2+ microscopy in conjunction with pharmacology to dissect ion channel targets will reveal the contribution of canonical TRP channels (TRPCs) to EC and CM mechanotransduction. For this, we will use novel pore-blocking TRPC antibodies. After characterizing isolated EC and CM mechanosensitivity, Ca2+-homeostasis and its link to calcineurin/CaMKK-mediated FAC protein regulation, we will address EC-CM crosstalk in co-cultures and evaluate paracrine factors released by ECs to modulate CM response. Our project provides new insights into EC-CM mechanotransduction and novel tools for cellular biomechanics research.
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3-D Multikontrast CINE MRT-Bildgebungstechnik für die Anwendung am Herzen
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020 -
Energieertragsoptimierte Cu(In,Ga)(S,Se)2-Dünnschichtsolarmodule durch gezielte Steuerung der Ertragsparameter Materialwissenschaftliche Charakterisierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Effect of 4500bar injection pressure and super-critical phase change of surrogate and real-world fuels enriched with additives and powering Diesel engines on soot emissions reduction
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2019
Mittelgeber: Co-funding of regional, national and international programmes (COFUND) -
Dynamische Ansteuerung von Hochfrequenzleistungsverstärkern mit breitbandiger, aktiver Lastmodulation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Fracture Across Scales and Materials, Processes and Disciplines
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Fracture Across Scales and Materials, Processes and Disciplines (FRAMED)
Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2021
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
BioWasteStirling - Konstruktion und Dauerlaufverhalten von Wirbelschichtfeuerungen für die KWK mit Stirlingmotoren
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: BioWasteStirling – Verstromung von biogenen Reststoffen mit einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor
Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/bmwi-projekt-biowastestirling/Die angestrebte Dezentralisierung der Strom- und Wärmeerzeugung in Deutschland erfordert die Entwicklung und den Ausbau effizienter kleinskaliger Lösungen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Im Rahmen der Forschungsarbeiten am EVT wurde bereits ein wirbelschichtgefeuerter Stirlingmotor als Laboranlage aufgebaut und grundlegende Labortests durchgeführt.
Das Projekt „BioWasteStirling“ greift dieses Konzept auf und hat zum Ziel ein hocheffizientes und brennstoffflexibles Mini-KWK-System, bestehend aus einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor, zu entwickeln und dieses im Pilot-Leistungsbereich von 5 kWel in einem Feldtest zu erproben.
Zudem soll der große Vorteil von Wirbelschichtfeuerungen – nämlich deren Brennstoffflexibilität – erstmals auch im Leistungsbereich von Kleinfeuerungsanlagen mit biogenen Festbrennstoffen im Feldtest demonstriert werden.
Darüber hinaus findet neben der genehmigungsrechtlichen Betrachtung dieses Anlagenkonzepts hinsichtlich verschiedener Einsatzszenarien auch eine numerische und experimentelle Weiterentwicklung der Partikelabscheidung von Horizontalzyklonen in Hinblick auf die Staubemissionen statt.
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Statistische Toleranzanalyse additiv gefertigter Gelenkgetriebe unter Berücksichtigung anlagenspezifischer Fertigungseinflüsse
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2017 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die additive Fertigung findet in heutigen Produktentstehungsprozessen zunehmend Anwendung. Neben der Herstellung von Prototypen und Werkzeugen kommen additive Verfahren inzwischen verstärkt zur Fertigung von Endprodukten zum Einsatz, wie etwa in der Medizintechnik oder Luftfahrtindustrie. Da keine formgebundenen Werkzeuge eingesetzt werden, sind die resultierenden Stückkosten losgrößenunabhängig und nur geringfügig von der Komplexität der Bauteilgeometrie abhängig. Des Weiteren entfallen konventionelle Konstruktionsregeln, wie beispielsweise die Vermeidung von Hinterschneidungen bei Gussbauteilen. Aufgrund des schichtweisen Aufbaus lassen sich komplexe Leichtbaustrukturen umsetzen und bereits vollständige bewegliche Baugruppen in lediglich einem Prozessschritt (anstelle von vielfacher Einzelteilfertigung) herstellen. Die bisher erforderlichen Montageschritte entfallen somit. Trotz dieser vielen Möglichkeiten unterliegt auch die additiven Fertigung Grenzen in der Gestaltungsfreiheit der Produkte. Demnach sind auch hier verfahrensspezifische Gestaltungsregeln unverzichtbar. Der gegenwärtige Stand der Forschung und Technik stellt jedoch diese Gestaltungsregeln nur in unzureichendem Maße bereit. So sind beispielsweise die anisotropen Festigkeitseigenschaften und die Formhaltigkeit der Bauteile von der Baurichtung sowie vielzähligen Prozessparametern abhängig. Insbesondere bei der Gestaltung von Getrieben, in denen Gelenkspiel für die Beweglichkeit der Komponenten vorhanden sein muss, stellen diese Fertigungseinflüsse eine Herausforderung dar.Um diese Einflüsse bei der Gestaltung additiv gefertigter Bauteile und Baugruppen frühzeitig aufzuzeigen, bietet die statistische Toleranzanalyse immenses Potential. Statistische Toleranzanalysen werden in der Produktentwicklung bisher nur für konventionelle Fertigungsverfahren erfolgreich eingesetzt und erlauben die Beurteilung von zufälligen und systematischen Abweichungen aus der Fertigung, Montage sowie aus dem Betrieb. In der additiven Fertigung existieren hingegen bislang keine geeigneten Methoden hierzu.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die statistische Toleranzanalyse zur virtuellen Absicherung des Bewegungsverhaltens additiv gefertigter und spielbehafteter Gelenkgetriebe zu erweitern. Hierzu wird eine Methodik entwickelt, durch die sich die Fertigungseinflüsse auf die Geometrie und das resultierende Gelenkspiel in Getrieben erfassen und in die statistische Toleranzanalyse integrieren lassen. Die Evaluierung dieser Methodik erfolgt anhand der aufgenommenen Bewegungsbahnen real gefertigter Gelenkgetriebe. Der Fokus liegt dabei auf dem Strangablegeverfahren FDM (Fused Deposition Modeling).Das Ergebnis des Forschungsvorhabens ist somit eine erweiterte statistische Toleranzanalyse, durch die das Bewegungsverhalten additiv gefertigter Gelenkgetriebe frühzeitig vorhergesagt werden kann und zeit- und kostenintensive Iterationen in der Produktentwicklung vermieden werden können.
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computational and experimental biomechanics
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. September 2017 -
Anfrageoptimierung und Daten-nahe Verarbeitung auf Rekonfigurierbaren SoCs für Big-Data-Analyse
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: DFG-Schwerpunktprogramm (SPP) 2037 - Skalierbares Datenmanagement für zukünftige Hardware
Laufzeit: 28. August 2017 - 31. August 2020
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: https://www.dfg-spp2037.de/me943-9/Dieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2037 "Scalable Data Management for Future Hardware" gefördert.
Ziel dieses Projekts ist es, neuartige Hardware und Optimierungstechniken für die skalierbare, leistungsfähige Verarbeitung von Big Data bereitzustellen. Wir zielen insbesondere auf große Datenmengen mit flexiblen Schemata (zeilenorientierte, spaltenorientierte, dokumentenorientierte, irreguläre und/oder nicht-indexierte Daten) sowie auf Datenströme, wie sie in der Klick-Strom-Analyse, in Unternehmensquellen wie E-Mails, Software-Logs und Diskussionsforum-Archiven sowie in Sensoren im Internet of Things (IoT) und Industrie 4.0 zu finden sind. In diesem Bereich untersucht das Projekt das Potenzial Hardware-konfigurierbarer, FPGA-basierter Systems-on-Chip (SoCs) für die Daten-nahe Verarbeitung, bei der Berechnungen direkt bei den Datenquellen stattfinden. Basierend auf FPGA-Technologie und insbesondere deren dynamischer Rekonfiguration schlagen wir eine generische Architektur mit dem Namen ReProVide für die kostengünstige Verarbeitung von Datenbankanfragen vor.
Die Konzepte sollen die Integration von FPGA-basierten Beschleunigern in verfügbare SQL-, NoSQL- und In-Memory-Datenbanksysteme sowie Stream-Processing-Frameworks ermöglichen. Unser Ziel ist es dabei, flüchtige und nichtflüchtige Daten direkt an ReProVide-Knotenpunkte anzuschließen, die nicht nur bereinigte und integrierte Datensätze enthalten, sondern auch zur temporären oder persistenten Speicherung ungereinigter Daten aus neuen Datenquellen und Datenströmen verwendet werden können.
Unser FPGA-basiertes SoC wird vom Lehrstuhl für Informatik 12 vorangetrieben. Es
- verwendet Hardware-Rekonfiguration zur Anpassung von Datenpfaden und Beschleunigern, um verschiedene OLAP- und Data-Mining-Operatoren auf Daten aus solchen heterogenen Datenquellen verarbeiten zu können,
- enthält Management-Techniken zur Generierung lokaler Metadaten, Indexe und Statistiken dieser Datenquellen, um optimierte Datenverarbeitung zu ermöglichen, und
- bietet Schema-on-read-Fähigkeiten für das Datenbank-Management-System (DBMS), das auf das SoC zugreift.
Während die Unterstützung unregelmäßiger Daten (z.B. Graphenverarbeitung) nicht im Fokus unserer Forschung steht, arbeiten wir an einer generischen Entwurfsmethodik, die Erweiterbarkeit durch benutzerdefinierte Funktionen und Datenschemata ermöglicht.
Solche Architekturen, die mit ihrem eigenen lokalen Optimierer ins DBMS integriert sind, erfordern neuartige Techniken zur globalen Abfrageoptimierung, die auf Konzepten aus verteilten und Multi-Database-Systemen basieren. Diese werden vom Lehrstuhl für Informatik 6 entwickelt. Während der lokale Optimierer Statistiken seiner lokalen Daten erstellt, muss der globale Optimierer auf diese Daten und Informationen der Daten-nahen Beschleuniger zugreifen. Anhand dieser Daten entscheidet die globale Abfrageoptimierung dann, welche Operationen auf den ReProVide SoCs berechnet werden und welche nicht. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Optimierer über genügend Wissen verfügt, um ReProVide in der Abfrageverarbeitung einzusetzen, wann immer es einen Nutzen gibt. Dies erfordert funktionales Wissen (welche Daten und welche Operatoren sind verfügbar) sowie nicht funktionales Wissen (z.B. Kostenschätzungen für die Operatoren). In diesem Projekt soll eine erweiterbare Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden, über die der globale Optimierer die zu bearbeitende Anfrage dem ReProVide-System übergeben und das Anfrageergebnis entgegennehmen kann. Darüber hinaus soll aber auch der bidirektionale Austausch von Hinweisen zur Verbesserung der jeweiligen Optimierung ermöglicht werden.Musik von: https://www.musicfox.com
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Design von Mehrstrahl-Röntgenröhren
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Computertomographie-System für Röntgen-Abbildungen in Sicherheitsanwendungen
Laufzeit: 15. August 2017 - 15. Oktober 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Computertomographie-System für Röntgen-Abbildungen in Sicherheitsanwendungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 15. August 2017 - 15. Oktober 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Abschätzung der technischen Umsetzbarkeit von SUDAC Einheiten (Shared UE-side Distributed Antenna Component) zur Umsetzung der Raum- in die Frequenzdimension im Rahmen des SUDAS Systemansatzes (Shared UE-side Distributed Antenna System)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 2. August 2017 - 2. Oktober 2017
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
URL: https://www.iis.fraunhofer.de/de/ff/kom/mobile-kom/sudas.html -
Mobile GaITLab: Algorithmik für den Einsatz im Patientenalltag
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. August 2017 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Gangstörungen und Mobilitätseinschränkungen treten bei einer Vielzahl chronischer Erkrankungen auf und verursachen in Deutschland ca. 20% der Kosten im Gesundheitswesen. Die Veränderung des Gangbildes ist charakteristisch für den Fortschritt dieser Erkrankungen. Sie wird durch die behandelnden Ärzte zur diagnostischen Bewertung der Erkrankung und zur Unterstützung der therapeutischen Entscheidungen auch heute schon visuell befundet.
Das Parkinson Syndrom (PS) zählt zu den klassischen chronischen Bewegungserkrankungen und ist die häufigste neurodegenerativ bedingte Bewegungserkrankung. Der chronisch fortschreitende Verlauf führt zu einer langsamen und ständigen Zunahme der Symptome und einer fortwährenden Notwendigkeit, die Therapien entsprechend anzupassen. Die charakteristischen Bewegungs- und Gangeinschränkungen sind dabei im klassischen, medizinischen Versorgungsprozess sowohl stationär, als auch ambulant Ziel der Diagnostik, um die Krankheitsentität und das Ausmaß der Bewegungseinschränkung und somit der Reduktion der Lebensqualität zu erfassen.
Ziel dieses Projektes ist die prototypische Umsetzung einer telemedizinischen Ganganalyse zur Unterstützung bei der Therapieeinstellung und zum Nachweis von Therapieeffekten bei Parkinson Patienten. Dafür sollen Ganguntersuchungen mit tragbaren Sensortechnologien aus der klinischen Laborumgebung in ein nicht-supervidiertes Monitoring (d.h. ohne Anwesenheit einer medizinischen Fachkraft) im häuslichen Patientenumfeld überführt werden.
Die auf Basis dieses engmaschigen Alltags-Monitorings erhobenen Gangparameter und Patientenselbsteinschätzungen sollen dem Therapeuten Aufschluss über die Wirkung seiner verordneten Therapie geben. Damit wird der behandelnde Arzt in die Lage versetzt, seine Therapie (z.B. Medikation) telemedizinisch individuell auf seinen Patienten anzupassen. Der zurzeit notwendige stationäre Aufenthalt zur Medikationseinstellung könnte dem Patienten erspart und eine frühere Einstellung auf eine optimale Therapie unterstützt werden. Dies verbessert die Lebensqualität des Patienten und reduziert direkte (Krankenhauseinweisungen) und indirekte Kosten (Komorbiditäten) im Gesundheitssystem. -
Telemedizinische Ganganalyse bei Patienten mit Parkinson
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2017 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Aspektorientierte Echtzeitsystemarchitekturen (Phase 2)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://www4.cs.fau.de/Research/AORTA/Das Ziel von AORTA ist die Verbesserung der Vorhersagbarkeit von dynamischen, gemischt-kritischen Echtzeitsystemen durch die Extraktion kritischer Pfade, deren Transformation in statische äquivalente sowie einer zeitgesteuerten Ausführung. Da diese im Vergleich mit ereignisgesteuerten Abläufen jedoch zum Brachliegen von Ressourcen neigt, soll das grundsätzlich optimistische Ausführungsmodell gemischt-kritischer Echtzeitsysteme beibehalten werden und nur im Notfall eine Umschaltung in den statischen Ablauf erfolgen. Damit einher geht die Generalisierung der Ergebnisse der ersten Förderphase auf dynamische Echtzeitsystemarchitekturen und hier insbesondere auf gemischt-kritische Systeme mit komplexen Abhängigkeitsmustern. Untersuchungsgegenstand des Vorhabens sind dabei Echtzeit-Linux-Varianten sowie die Domäne der Steuerungs- und Regelungsanwendungen.Den Schwerpunkt der Projektfortsetzung bilden die Abhängigkeiten zwischen kritischen und nicht-kritischen Ausführungspfaden. Diese potentiellen Problemstellen liegen auf allen Ebenen des Systems: in der Anwendung beispielsweise durch eine Verquickung von nicht-kritischen Komfort- und kritischen Steuerungsfunktionen und einer damit einhergehenden Kopplung. Ebenso im Betriebssystem, zum Beispiel durch Puffer für gemeinsam genutzte Kommunikationsstapel. Diese oft wünschenswerten Kopplungen führen in dynamischen Systemen zu einer Vielzahl von möglichen Ausführungspfaden und damit zu einer dramatischen überapproximation der entsprechenden maximalen Ausführungszeit beziehungsweise Antwortzeit. Die garantierte Einhaltung von Zeitschranken geht daher typischerweise mit einem Verlust der auszeichnenden Effizienz dynamischer Echtzeitsysteme einher. Die Realisierung des Projektziels und damit die Wiederherstellung eines verifizierbaren Zeitverhaltens mit harten Garantien für den kritischen Anwendungskern zur Laufzeit fokussiert auf drei Arbeitsschwerpunkte: Analyse, Maßschneiderung und Mechanismen.Das Vorhaben geht von existierendem Wissen zum Entwurf von gemischt-kritischen Systemen mit harten Zeitgarantien aus. Es trifft die Grundannahme, dass kritische Ausführungspfade eine inhärent deterministische Struktur aufweisen und sich insbesondere deren dynamische Kopplungen mit unkritischen Pfaden auf statische äquivalente abbilden lassen. Hinterfragt wird im Speziellen die Fähigkeit zur Einhaltung harter Zeitgarantien für sicherheitskritische Regelungs- und Steuerungsanwendungen mit einfachen Kommunikationsmustern auf Echtzeit Linux-Varianten sowie die Anwendbarkeit von Konzepten und Techniken zur statischen Analyse, Maßschneiderung und Ablaufplanung aus der ersten Projektphase zu diesem Zweck. Ebenfalls hinterfragt wird im Allgemeinen die Kopplung von Echtzeitsystemarchitektur, Ablaufplanung und Abhängigkeiten in gemischt-kritischen Echtzeitsystemen und darauf aufbauend die generelle Eignung der Entwurfskonzepte von Echtzeit-Linux für einen Wechsel der Echtzeitparadigmen zur Laufzeit. -
Kornorientierungsabhängiges Nitrierverhalten kubischer und hexagonaler Substrate
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2017 - 31. März 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Entwicklung der unterliegenden kryptographischen Algorithmen und der Cloud-Applikation
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: PeRsOnal MedIcal SafE
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 31. Oktober 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Orbit - Auslegung, Konstruktion und Simulation eines Rieselbettreaktors für die biologische Methanisierung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamsiche microbielle Biosynthese von Methan mit Archaeen in Power-to-Gas-Anlagen
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/orbit/Stromgewinnung aus erneuerbaren Quellen ist ein wichtiger Teil der Energiewende und des Klimaschutzes. Doch mit der Erzeugung von grünem Strom entsteht die Herausforderung wachsenden Speicherbedarfes. Ein möglicher Speicherweg ist die Speicherung des Stromes mittels Elektrolyse zu Wasserstoff (Power-to-Gas) mit Aufwertung zu einspeisefähigem Methan. Damit kann die gesamte Erdgasinfrastruktur zum Speichern des „grünen Methans“ genutzt werden. ORBIT betrachtet die gesamte Prozesskette der Speicherung mit dem Schwerpunkt der Methanisierung. Diese geschieht über den innovativen Ansatz der biologischen Methanisierung.
Die biologische Methanisierung funktioniert mit Hilfe von Mikroorganismen, sogenannte Archaeen. Die Archaeen produzieren als Stoffwechselprodukt über die Methanogenese Methan. Diese leben in der Flüssigphase bei moderaten Bedingungen (T=30-110°C) und Drücken ab 1 bar unter anaeroben Bedingungen. Deshalb muss der Reaktor sauerstofffrei sein und die Edukte Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in Lösung gebracht werden. Dabei ist insbesondere die Lösung der Gase Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid der limitierende Faktor der biologische Methanisierung, weshalb im Projekt Orbit ein Rieselbettreaktor gebaut wird.
Dafür wird ein speziell für die Anforderung und in ganzheitlicher Betrachtung zwischen Biologie, Verfahrenstechnik und Anlagenbau ein 50-Liter-Rieselbettreaktor konzipiertt und aufgebaut. Dieser wird hydrodynamisch getestet und optimiert und mit speziell selektierten Mikroorganismenstämmen betrieben. Erst als Forschungsreaktor und in der Endphase Testweise im Realbetrieb am Power-to-Gas Standort Ibbenbüren.
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Methodische Konzeptentwicklung für Dienstleistungsplattformen und Schnittstellen, Service Systems Engineering, Kommunikationsdesign
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Engineering Produktionsbezogener Dienstleistungssysteme
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://prodisys.fortiss.org/Unternehmen entwickeln im Kontext von Industrie 4.0 neuartige, digitale Produkte und anwendungsspezifische Dienstleistungen, die bspw. die Fehlervorhersage oder Prognosen im Zusammenhang mit Wartungstätigkeiten von Anlagen ermöglichen oder automatisiert Arbeitspläne für Maschinen und Menschen optimieren. Diese Dienstleistungen sind in den meisten Fällen für einen solchen, isolierten Anwendungsfall vorgesehen und erlauben selten eine integrative Nutzung über diesen speziellen Einsatzzweck hinweg. Hier setzt das Verbundprojekt PRODISYS an, in dem eine industrielle Cloud-Plattform entwickelt wird, welche prototypisch die einfache Integration und Kombination von neuartigen aber auch bereits existierenden Diensten und Maschinen ermöglicht. Hierfür werden geeignete Methoden und Werkzeuge konzipiert, z.B. das Service-Systems-Engineering, die eine generische aber eindeutige Beschreibung (von Maschinen und Diensten) erlauben. Zusammen mit den eingebundenen Diensten, Maschinen und den jeweiligen Akteuren, die auf dieser Plattform anhand einheitlicher Standards und Schnittstellen Informationen und weitere Artefakte austauschen, wird ein sogenanntes Plattform-ökosystem gebildet.
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Ermittlung und Erweiterung der Prozessgrenzen beim Kaltfließpressen von Zahnrädern im ‚Samanta‘-Verfahren
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Ermittlung und Erweiterung der Prozessgrenzen beim Kaltfließpressen von Zahnrädern im ‚Samanta‘-Verfahren
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Autonomous Cranes
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: Siemens AGDie Anwendung autonomer Logistik, besonders im Bereich Industrie 4.0, ist ein wichtiger Grundbaustein von vollständig autonomen Systemen. Diese Systeme führen den Lade- und Entladeprozess vollständig autonom durch, berücksichtigen dabei Sicherheitsmaßnahmen, um z.b. Personen im Gerfahrenbereich zu erkennen und im generellen optimieren sie die logistischen Prozesse.
Im Hafenbereich, besonders im Kontext des Lade- und Entladeprozess ist die Anwendung solcher Systeme äußerst komplex, da verschiedenste Systeme aus aller Welt mit dem autonomen Agenten interagieren. Das Forschungsziel beinhaltet die Bewertung des autonomen Entladeprozesses durch Segmentierung, Klassifizierung und im speziellen das Fitten von Laserrangedaten zu gelernten Modelen mittels Machine Learning.
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IIS-LIKE-Projekt „Konzepte für Drahtlose Synchronisation“
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2017 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft -
Evaluation of processing routes for magneto-electrical devices for medical application
(FAU Funds)
Laufzeit: seit 1. Juli 2017 -
Entwicklung hochfester und schadenstoleranter Diamantlaminat-Beschichtungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 7. Juni 2017 - 6. Juni 2020
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
Grundlegende Mechanismen und Modellierung der Mikrostrukturausbildung bei der strahlbasierten additiven Fertigung im Pulverbett
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 6. Juni 2017 - 5. Juni 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die strahlbasierte additive Fertigung (AF) von Metallen im Pulverbett bietet nicht nur die Möglichkeit, komplexe, individualisierte Bauteile aus Hochleistungswerkstoffen herzustellen, sondern eröffnet darüber hinaus auch das Potenzial, die lokalen Materialeigenschaften durch geschickte Prozessführung einzustellen. Durch Variation der Erstarrungsbedingungen ist es möglich, die Größenskala der Mikrostruktur zu verändern. Darüber hinaus deuten aktuelle Forschungsergebnisse darauf hin, dass auch die Textur des Bauteils durch die Prozessführung einstellbar ist. Dadurch eröffnen sich ganz neue Perspektiven hinsichtlich der Optimierung von Leichtbauteilen, da nicht nur die Topologie, sondern auch die Textur des Materials lokal den Lasten angepasst werden könnte. Um diese Texturausbildung zu verstehen und gezielt zu beeinflussen, muss der hochdynamische Nichtgleichgewichts-Erstarrungsprozess (Kornwachstum, Kornselektion und Keimbildung) grundlegend verstanden werden. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass vor allen Dingen die Mechanismen der Keimbildung für die extremen Bedingungen der AF unzureichend geklärt sind und mit klassischen Modellen nicht abgebildet werden können.Ziel dieses Antrages ist es, die Mechanismen der Mikrostrukturausbildung, insbesondere der Keimbildung unter den speziellen Erstarrungsbedingungen, zu identifizieren, grundlegend zu verstehen und physikalisch zu modellieren. Dieses Modell soll in eine bereits bestehende, an unserem Lehrstuhl entwickelte Software integriert werden. Die Erstellung und Verifikation des Modells erfolgt experimentell, anhand von additiv gefertigten IN718 Proben. Am Projektende soll ein Modell vorliegen, welches die numerische Vorhersage der Erstarrungsstruktur, Kornstruktur und Texturentwicklung bei der strahlbasierten AF im Pulverbett erlaubt.Das Projekt erweitert die von uns entwickelte Software zur Simulation der Konsolidierung bei strahlbasierter AF im Pulverbett. Die Software beinhaltet eine Lattice Boltzmann Methode zur Abbildung der Hydro- und Thermodynamik während des Schmelzens und Erstarrens. An diese Methode ist ein zellularer Automat gekoppelt, der die Ausbildung der Kornstruktur während des Erstarrens modelliert, ohne bisherige Berücksichtigung der Keimbildung. Der hier von uns verfolgte neue theoretische Ansatz besteht darin, neben dem Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront, erstmals auch Information über das in der vorhergehenden Schicht erzeugte Gefüge (Orientierung, Abstand der Zellen/Dendriten, Segregationen) und die lokale Zusammensetzung der Schmelze direkt an der Grenzfläche zur neu entstehenden Schicht zu berücksichtigen. Es soll untersucht werden, wie Richtungswechsel der Erstarrungsfront in Kombination mit vorliegenden Segregationen im rasch erschmolzenen Material (Gedächtnis der Schmelze) durch lokale Unterkühlung Keimbildung induzieren können. Diese Erkenntnisse werden dann mathematisch im Modell für die Keimbildung umgesetzt. -
KILL VIB – Reduzierung von Vibrationen und Geräuschemissionen infolge von Käfiginstabilitäten in Wälzlagerungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Titel des Gesamtprojektes: KILL VIB - Reduzierung von Vibrationen und Geräuschemissionen infolge von Käfiginstabilitäten in Wälzlagerungen
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 30. November 2019
Mittelgeber: andere FörderorganisationKäfiginstabilitäten führen in Wälzlagern zu Vibrationen sowie einer erhöhten Geräuschemission und sind daher möglichst zu vermeiden. Instabiles Käfigverhalten kann in der jeweiligen Anwendung bisher jedoch nur in kostenaufwändigen, experimentellen Versuchen oder mit Hilfe zeitaufwändiger Simulationen festgestellt werden. Im Rahmen dieses Projekts werden daher mit Hilfe eines umfangreichen, systematischen Simulationsplans unter Nutzung eines Wälzlager-Mehrkörpersimulationssystems physikalisch begründete Kennzahlen und Grenzwerte erarbeitet. Diese sind dazu geeignet, Wälzlager rasch und prädiktiv unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebs- und Umgebungsbedingungen bezüglich ihres Käfigverhaltens zu überprüfen. Zusätzlich werden die rechnerisch bestimmten Kennzahlen und Grenzwerte durch Prüfstandversuche stichpunktartig validiert. Zukünftig können sie somit genutzt werden, um bereits in frühen Phasen der Produktentwicklung das Käfigverhalten realistisch und rasch einschätzen zu können. Dadurch lassen sich Entwicklungszeiten und -kosten in einer Vielzahl von Anwendungsfällen im Anlagen, Maschinen-, Geräte- und Fahrzeugbau reduzieren und vibrations- und lärmärmere Produkte effizient realisieren.
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Referenzwellenform für echtzeitfähigen Kanalsimulator
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. August 2017
Mittelgeber: Fraunhofer-GesellschaftEine zentrale Herausforderungfür selbstorganisierende Funkkommunikationssysteme ist die Gewährleistung einerhohen Verfügbarkeit von Sprach- und Datenkommunikation trotz sichkontinuierlich ändernder Netztopologien. Hierfür kommen zunehmend auf demInternetprotokoll (IP) basierte Netzwerkgeräte zum Einsatz, welche den Aufbauund die Rekonfiguration von sogenannten mobilen Ad-hoc Netzwerken (MANETs)organisieren. Zur Leistungsbewertung dieser Geräte soll ein echtzeitfähigerNetzwerksimulator entwickelt werden. Schwerpunkt der beauftragten Leistung istdie Abstraktion der Funkschnittstelle durch eine geeignete Referenzwellenform.
Das Projekt umfasst folgende Leistungen:
· Anforderungsanalyse an eine abstrakte,paketorientierte Referenzwellenform für die Funkkommunikation im HF-, VHF- undUHF-Bereich.
· Erstellung eines stochastischen Modells zurBestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit einer Paketübertragung in Abhängigkeitvorgegebener Kanaleigenschaften.
· Implementierung des Modells in das pyDFW- oderDFC++ - Framework.
· Dokumentation der Entwurfsentscheidungen und desSystemkonzepts.
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Wearables im Sport
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Juni 2017In diesem Projekt werden Wearables für den Sportbereich und die Rehabilitation nach Sportverletzungen entwickelt. Sie dienen der Trainingssteuerung und Auswertung.
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Entwicklung eines digitalen Therapieangebotes für das Training von Sprechbeeinträchtigungen und Gesichtslähmungen bei Dysarthrien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Dysarthrien sind neurologisch bedingte, erworbene Störungen des Sprechens. Dabei sind vor allem die Koordination und Ausführung der Sprechbewegungen, aber auch die Mimik betroffen. Besonders häufig tritt eine Dysarthrie nach einem Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma oder bei neurologischen Erkrankungen wie Parkinson auf.
Ähnlich wie in allen Sprechtherapien erfordert auch die Behandlung der Dysarthrie ein intensives Training. Anhaltende Effekte der Dysarthrie-Therapie stellen sich deshalb nur nach einem umfangreichen Behandlungsprogramm über mehrere Wochen hinweg ein. Bisher gibt es jedoch kaum Möglichkeiten zur Selbstkontrolle für Patienten noch therapeutische Anleitung in einem häuslichen Umfeld. Auch die Rückmeldung an Ärzte / Therapeuten über den Therapieerfolg ist eher lückenhaft.
Das Projekt DysarTrain setzt genau hier an und will ein interaktives, digitales Therapieangebot für das Sprechtraining schaffen, damit Patienten ihre Übungen im häuslichen Umfeld durchführen können. In enger Abstimmung mit Ärzten, Therapeuten und Patienten werden zuerst die passenden Therapieinhalte zur Behandlung von Dysarthrien ausgewählt und digitalisiert. In einem zweiten Schritt wird eine Therapieplattform mit den geeigneten Kommunikations-, Interaktions- und Supervisionsfunktionen aufgebaut. Für die Durchführung des Trainings werden anschließend Assistenzfunktionen und Feedbackmechanismen entwickelt. Das Programm soll automatisch rückmelden, ob eine Übung gut absolviert wurde und was ggf. noch verbessert werden kann. Eine automatisierte Auswertung der Therapiedaten erlaubt es Ärzten und Therapeuten, die Therapieform auf möglichst einfache Weise zu individualisieren und an den jeweiligen Therapiestand anzupassen. Dieses Angebot wird mit Ärzten, Therapeuten und Patienten in den Behandlungsprozess integriert und evaluiert.
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Entwicklung einer Bioreaktor-Technologie für automatisierte multimodale isotope Gewebedehnung im Bereich der Lebenswissenschaften und des Tissue Engineering; Teilprojekt: Entwicklung einer isotopen Zell-/Gewebedehnungs-Plattform mit integrierter Optik für automatisierte Bioreaktor-Umgebungs-Plattformen der Firma Ospin(R) zur Untersuchung/Züchtung von Hohlorganen-Gewebe-Systemen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung einer Bioreaktor-Technologie für automatisierte multimodale isotope Gewebedehnung im Bereich der Lebenswissenschaften und des Tissue Engineering; Teilprojekt: Entwicklung einer isotopen Zell-/Gewebedehnungs-Plattform mit integrierter Optik für automatisierte Bioreaktor-Umgebungs-Plattformen der Firma Ospin(R) zur Untersuchung/Züchtung von Hohlorganen-Gewebe-Systemen
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. Mai 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Im Bereich der Lebenswissenschaften und des Tissue Engineering stellt der Erhalt und Expansion von Zellen und Geweben zum Studium von Prozessen und Aufbau künstlicher Gewebe hohe Herausforderungen an die Langzeitinkubation vitaler Systeme an Bioreaktor-Technologien. Insbesondere sind viele Gewebe in Ausübung ihrer normalen Funktion komplexen mechanischen Stress-Mustern unterworfen (v.a. Hohlorgane), die durch starre Kultur-Systeme nicht abgebildet werden. Bisherige Zell-Dehnungssysteme sind dagegen zuweilen nur auf Akut-Testungen ausgerichtet, d.h. enthalten keine Langzeitinkubations- oder gar Bioreaktor-Umgebung. Mikro-Umgebungssensorik oder Bildgebung sind bei allen Systemen am Markt nur unzureichend implementiert. Unser Anspruch ist es daher, ein neuartiges Bioreaktor-Kammer-Konzept mit integrierter optischer Auslese und Mikrofluidik zu entwerfen und zu entwickeln, welches in eine Langzeit-Bioreaktor-Umgebung implementiert werden kann, welche nach Besiedlung von Poly-Elastomer-Membranen kontrollierte Gewebedehnungsprofile und Kontrolle von Versorgung von Zellen und Gewebe-Bestandteilen mit Nährstoffen und Gasen für Tissue Engineering und Zellbiologen erlaubt.
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Leistungsanalyse in Mannschaftssportarten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Juni 2017
Mittelgeber: IndustrieLeistungsanalyse in Mannschaftssportarten ist ein aufstrebendes Feld in der Sportinformatik. Durch die Aufzeichnung von Positionsdaten in Europas Top-Ligen ist eine große Datenmenge zur Analyse mit Methoden aus den Bereichen des maschinellen Lernens und der Signalverarbeitung möglich.
In diesem Forschungsprojekt wird mit Hilfe von Positions- und Intertialsensordaten sowohl die individuelle, spielerspezifische Leistung und Trainingsbelastung ermittelt als auch das taktische Verhalten der Mannschaft analysiert.
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Vergütungsfreie Herstellung und Fügen von Stanznietelementen mit angepasstem mechanischen Eigenschaftsprofil aus hochverfestigenden Werkstoffen und prozesskettenübergreifender numerischer Abbildung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. Juli 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Modulare, offene und internetbasierte Plattform für Roboter-Anwendungen in Industrie und Service
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 30. November 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.researchgate.net/project/ROBOTOPDie Entwicklung einer modularen, internetbasierten und offenen Roboter-Plattform (ROBOTOP) dient der Er-schließung des Massenmarktes für Roboter in Service-, Logistik- und Fertigungsanwendungen. Durch eine signifikante Erhöhung der Stückzahlen, die intelligente Standardisierung und Wiederverwendung von Software-, Hardware- und Peripherie-Komponenten sowie die deutliche Reduzierung der Angebots- und Engineering-Auf-wendungen können ausgeprägte Kostensenkungen im Rahmen der Planung und Gestaltung von industriellen Servicerobotik-Lösungen erschlossen werden. Mit ROBOTOP wird ein Referenzprojekt für eine modulare Plattform zur Planung und Simulation roboterbasierender Anlagen angestrebt, welches die arbeitsteilige Entwicklung, Applikation und Vermarktung von Robotern in den Bereichen Industrie, Logistik, Dienstleistung sowie dem privaten Umfeld ermöglicht. Durch die Verwendung standardisierter Engineering-Tools, vereinheitlichter Schnittstellen für Kinematiken, Effektoren, Sensoren, Peripherie und Steuerungen sowie öffentlich verfügbarer Software-Bibliotheken und Wissensdatenbanken wird eine schnelle Umsetzung der Konzepte erreicht.
Im Rahmen des ROBOTOP-Projektvorhabens wird daher zur Verbreitung von industrie- und servicerobotischen Lösungen eine modulare Roboter-Plattform entwickelt, die den vollständigen Engineering-Zyklus von der benutzergeführten Aufgabenbeschreibung, über die Komponentenauswahl und Integrationsunterstützung bis hin zur Inbetriebnahme sowohl für Anwender als auch Integratoren abbildet. Zudem werden der Verkaufsprozess und das Liefermanagement vollständig integriert. Um diese Ziele zu erreichen, werden funktionale Einzelmodule (z. B. für Roboter, Effektoren) sowie übergeordnete Funktionen (z. B. Engineering, automatisierte Angebotserstellung) entwickelt und umfassend miteinander verknüpft. Durch die Vereinigung der jeweiligen spezifischen Kernkompetenzen der Verbundpartner entsteht ein großes Synergiepotenzial bei ROBOTOP und es ergeben sich entlang der Wertschöpfungsnetzwerke deutliche Verwertungspotenziale für alle Funktionsbereiche. Indem Entwicklungs-, Vertriebs- und Lieferfunktionen in die Plattform integriert werden, werden industriellen Anwendern eine maßgebliche Planungsunterstützung und den jeweiligen Anbietern ein neuer Vertriebskanal bereitgestellt. Insgesamt entspricht ROBOTOP somit einer zentralen Schlüsseltechnologie für den Transfer aktueller Innovationen im Bereich der industriellen Robotik in die Praxis.
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Charakterisierung von NB-IoT Modulen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2017 - 30. November 2017
Mittelgeber: Industrie -
Steuerung von Energiesystemen auf Basis selbstlernender Algorithmen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 16. Mai 2017Der weltweite Ausbau dezentraler Kraftwerke, wie beispielsweise Photovoltaik und Windkraft, führt dazu, dass die Erzeugung von elektrischer Energie stark vom fluktuierenden Angebot erneuerbarer Energiequellen abhängt. Im Projekt „Steuerung von Energiesystemen auf Basis selbstlernender Algorithmen“ sollen neue selbstlernende Steuerungsalgorithmen für Energiesysteme untersucht und mit klassischen Steuerungsalgorithmen verglichen werden. Eine in Python programmierte Umgebung soll es ermöglichen mehrere selbstlernende Agenten zu erzeugen und in einer gemeinsamen Umgebung zu simulieren.In einem weiteren Schritt werden weitere Komponenten wie z.B. Elektroladestationen in die Umgebung integriert werden, um dem Einfluss der Elektromobilität auf elektrische Energiesysteme Rechnung zu tragen.
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CENEM Core Facility - Nanocharakterisierung mit Elektronen, Röntgenstahlen und Rastersonden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Experimentelle Untersuchungen, generische Modellierung und Simulation von Batteriespeichersystemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2020
Mittelgeber: andere Förderorganisation
URL: https://www.ees.tf.fau.de/technik-und-praxis/batteriespeicherlabor -
Basistechnologien Nachwuchsgruppe: UniComp - Funktionelle Erweiterung polymerbasierter Reaktionskompartimente für Multienzymsynthesen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Multi Battery Systems - Hybrid and New Storage Simulation Tool
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2020
Mittelgeber: Siemens AGMit dem Ausbau stark fluktuierender Erneuerbarer Energien, der Einführung elektrischer Fahrzeuge oder der Sicherstellung suffizienter Energieversorgung portabler Elektronik gewinnen elektrochemische Batteriesysteme jedweder Art und deren Dimensionierung eine immer größere Bedeutung in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens. Für eine kosten- und zeiteffiziente Analyse zur Systemauslegung und Projektplanung ist der Einsatz leistungsfähiger Modelle unabdingbar, welche das Verhalten dieser Batteriesysteme simulieren. Im Projekt Multi Battery Systems Hybrid and New Storage Simulation Tool" im Rahmen des FAU Campus Future Energy Systems (FES) entwirft der Lehrstuhl für Informatik 7 (Rechnernetze und Kommunikationssysteme) detaillierte Simulationsmodelle verschiedener elektrochemischer Batteriespeicher. Ziel des Projekts, das in Kooperation mit der Siemens AG Erlangen durchgeführt wird, ist neben der Abbildung geläufiger Speichertechnologien, wie Lithium-Ionen- und Blei-Batterien, auch die Betrachtung von Systemen, welche bisher keine weitläufige Anwendung finden, also beispielsweise von Redox-Flow-Batterien oder Thermalbatterien. Die entworfenen Simulationsmodelle erweitern auf diese Weise auch die modulare Modell-Bibliothek der Software i7-AnyEnergy, um künftig noch differenziertere Analysen verschiedener Speicherszenarien zu ermöglichen. -
Microscopic Origins of Fracture Toughness
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Titel des Gesamtprojektes: Microscopic Origins of Fracture Toughness
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2022
Mittelgeber: ERC Consolidator Grant -
Transparent Multichannel IPv6
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Satellite communication is a way to provide broadband internet access all over the world. However, with geostationary satellites the propagation delay leads to very high delays in the magnitude of several hundred milliseconds. In order to improve the interactivity and responsiveness of communication systems, utilizing a second communication link can be highly beneficial.The Transparent Multichannel IPv6 (TMC-IPv6) Project aims to combine the advantages of multiple heterogeneous communication links. An illustrative example is the combination of a rural DSL connection with low data rate/low latency and a satellite connection with high data rate but high latency, which results in a user internet access with high data rate and low latency providing a better Quality of Experience (QoE).
Satellite-based internet access from different operators is provided by our project partners in order to experience realistic satellite communication environment and test potential solutions. The outdoor unit (parabolic antenna) is mounted on the roof of the Wolfgang-Händler-Hochhaus.
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Domänenspezifische Programmierung und zielplattformbewusste Compiler-Infrastruktur für Algorithmen auf unstrukturierten Gittern
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/highpermeshesZiel des Projektes HighPerMeshes ist die Entwicklung eines in der Praxis einsetzbaren domänenspezifischen Frameworks zur effizienten, parallelen und skalierenden Implementierung iterativer Algorithmen auf unstrukturierten Gittern. Simulationssoftware im Zeitbereich, die in diese Gruppe fällt, wird in den letzten Jahren sowohl im wissenschaftlichen als auch im industriellen Umfeld vermehrt eingesetzt und ergänzt bzw. verdrängt vergleichbare Methoden auf regulären Gittern. Um in der rechnergestützten Forschung und industriellen Entwicklung den Anwendungsbereich dieser Methoden voranzutreiben, zum Beispiel von der Analyse eines statischen Systems hin zur Optimierung von Parametern, wird immer mehr Rechenleistung benötigt. Dazu können hochskalierende Systeme mit vielen parallelen Rechenknoten mit modernen Prozessorarchitekturen wie Manycore-CPUs, Graphikprozessoren oder FPGAs beitragen. Im Gegensatz zur Domäne der regulären Gitter gibt es für Entwicklerinnen und -entwickler natur- und ingenieurwissenschaftlicher Simulationsprogramme mit unstrukturierten Gittern bisher keine einfach zu nutzenden, produktiven und damit praxistauglichen Entwicklungswerkzeuge, um moderne Rechnersysteme effizient zu erschließen.
Mit den Ergebnissen des Projekts HighPerMeshes können existierende, in einer Hochsprache geschriebene Quelltexte von Anwenderinnen und Anwendern mit moderatem Aufwand durch domänenspezifische Bibliotheks- und Sprachelemente ergänzt werden. Unsere optimierende Compiler-Infrastruktur nutzt dann Domänenwissen, um eine hochparallelisierte und effiziente Ausführung auf allen relevanten modernen Hardwarearchitekturen, auch in heterogenen Systemen, zu ermöglichen. Damit bietet das Projekt für eine Vielzahl an HPC-Entwicklerinnen und -Entwicklern aus Wissenschaft und Industrie einen einfachen und nachhaltigen Pfad zur skalierenden Nutzung aktueller und zukünftiger Zielarchitekturen.
Die Entwicklung setzt bewusst auf Standards und Open-Source-Technologien, um von Weiterentwicklungen zu profitieren und eine langfristige Nutzung sicherzustellen. Die darauf aufbauende Compiler-Infrastruktur wird mit der Veröffentlichung der Projektergebnisse als Open-Source-Projekt frei zugänglich gemacht. Mit den am Projekt beteiligten Personen zur Anwendungsentwicklung, sowie weiteren Nutzerinnen und Nutzern an den beteiligten Rechenzentren wird der Grundstein für eine nachhaltige Gemeinschaft für die Weiterentwicklung und Pflege der Projektergebnisse gelegt.
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Verbesserte Charakterisierung des Versagensverhaltens von Blechwerkstoffen durch den Einsatz von Mustererkennungsmethoden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Erweiterung des Potenzials des selektiven Elektronenstrahlschmelzens durch eine verbesserte Elektronenstrahltechnologie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 1. April 2019
Mittelgeber: andere FörderorganisationZiel dieses Projektes ist es, die Einschränkungen der bisherigen Elektronenstrahlkanone und eingeschränkten Prozesskontrolle zu überwinden, um damit einen großen Entwicklungsschritt in dieser Technologie zu vollziehen. Dazu ist geplant, die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 (diese wird geopfert) durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzen. Auf dem Markt sind Kanonen mit sehr viel höherer Leistung bei gleichbleibend guter Strahlqualität vorhanden, deren Strahlkalibrierung automatisch erfolgt und welche mit einem Rückstreuelektronendetektor ausgestattet sind, mit dem im Prozess nach dem Prinzip des Rasterelektronenmikroskops Bilder aufgenommen werden können.
Die gesamte Steuerung der Anlage musste hardwareseitig neu aufgebaut werden. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone mit Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automatischer Strahlkalibrierung ausgerüstet.
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Genaue Bestimmung von binären Gasdiffusionskoeffizienten unter Verwendung von laser-optischen Messmethoden und molekulardynamischen Simulationen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Hauptziel des beantragten Forschungsprojekts ist die genaue Bestimmung von binären Diffusionskoeffizienten in binären Gasgemischen unter Verwendung von experimentellen und theoretischen Methoden. Dabei sollen für die Systeme Methan-Kohlenstoffdioxid und Methan-Propan die laser-optischen Messtechniken dynamische Lichtstreuung (DLS) und holografische Interferometrie ‒ letztere angewandt an einer Loschmidt Zelle (HILC) ‒ sowie molekular-dynamische (MD) Simulationen eingesetzt werden. Um die MD Simulation hinsichtlich der Vorhersage von Diffusionskoeffizienten derartiger Gemische zu verbessern, soll die Methode durch die Verwendung neuartiger, gemischspezifischer Kraftfelder weiterentwickelt werden. Diese sollen von Dr. Robert Hellmann von der Universität Rostock in einem parallel beantragten Forschungsprojekt aus hochgenauen ab initio-Quantenberechnungen für den Fall der Nulldichte abgeleitet werden. Zur Validierung der Resultate aus den MD Simulationen sind die mittels HILC und DLS bestimmten Fickschen binären Diffusionskoeffizienten erforderlich. Während die HILC den binären Diffusionskoeffizienten für verdünnte Gase geringer Dichte liefert, wird diese Transportgröße mithilfe von DLS im dichten hydrodynamischen Regime im makroskopischen thermodynamischen Gleichgewicht ermittelt. Die Experimente sollen einen Kenntnisgewinn über den diffusiven Stofftransport für einen weiten Dichtebereich liefern, wobei Messunsicherheiten von weniger als 1% angestrebt werden. Die mittels HILC gewonnenen Daten sollen ferner mit von Dr. Hellmann theoretisch ermittelten binären Diffusionskoeffizienten verglichen werden, um seine Berechnungen im Bereich der Nulldichte zu validieren. Dr. Hellmann soll dann die theoretischen Daten verwenden, um geeignete Kraftfelder für die von uns über einen weiten Dichtebereich in der Gasphase durchgeführten MD Simulationen zu entwickeln. Auf Basis dieser Kraftfelder soll eine verlässlichere Vorhersage von Diffusionskoeffizienten durch MD Simulationen ermöglicht werden, indem – ähnlich wie bei der DLS – mikroskopische Fluktuationen hinsichtlich der resultierenden Transportkoeffizienten analysiert werden. Dafür sind unabhängige Berechnungen der Selbstdiffusionskoeffizienten der Mischungskomponenten im Reinstoff und im Gemisch sowie des Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizienten und des thermodynamischen Faktors durchzuführen. Aus der Kombination der beiden zuletzt genannten Größen kann der Ficksche binäre Diffusionskoeffizient vorhergesagt werden, der mit den experimentellen Resultaten zu vergleichen ist. Zudem kann aus der Entkopplung des molekularen Diffusionsprozesses in den MD Simulationen geprüft werden, wie die verschiedenen Stofftransportkoeffizienten miteinander verknüpft sind und mit bekannten Vorhersagen übereinstimmen. Die simulierten Diffusionsdaten, die auf Basis der neu entwickelten Kraftfelder für die Reinstoffe und die spezifischen Gemische erhalten werden, sollen mit jenen Werten verglichen werden, die aus der Anwendung von typischen Reinstoff-Kraftfeldern aus der Literatur resultieren. Dies soll aufzeigen, ob insbesondere die Anwendung von paarspezifischen Kraftfeldern eine genauere Berechnung von Diffusionskoeffizienten erlaubt und wie gut die simulierten Daten mit jenen übereinstimmen, die aus Quantenberechnungen bei Nulldichte und aus den Experimenten über einen weiten Dichtebereich erzielt werden.
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Visuelle Programmiersprachen im Unterricht
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. April 2017 - 30. September 2020
URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/visuelle-programmierung/Blockbasierte Programmiersprachen stehen für einen Zugang
zur Programmierung, der von Programmieranfängern
erfolgreich genutzt wird und zunehmend auch als Möglichkeit
gesehen wird, nicht-professionellen Programmierern das
Gestalten von Informatiksystemen zu ermöglichen.
Diese grafische, blockbasierte Programmierung unterscheidet
sich jedoch von klassischer textbasierter Programmierung
nicht nur auf der Bedienebene, sondern bringt gegenüber
gängigen im Unterricht genutzten Programmiersprachen auch
verschiedene konzeptuelle Unterschiede mit sich. Für
Lehrerinnen und Lehrer ist ein konzeptuelles Verständnis
wichtig, um Möglichkeiten und Probleme beim
Programmierenlernen mit Scratch-ähnlichen
Programmiersprachen zu erkennen und didaktisch darauf
einzugehen.
Es zeigt sich, dass der Ansatz des „Programmierens für
alle“ mit passenden Werkzeugen in greifbare Nähe rückt,
eine didaktische Aufarbeitung zum Erreichen eines
informatischen Grundverständnisses aber unerlässlich ist.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen die
konzeptuellen Neuerungen in blockbasierten
Programmiersprachen identifiziert, untersucht und aus
didaktischer Perspektive analysiert werden. Außerdem sollen
Strategien und Ansätze für ihre Verwendung im Unterricht
entwickelt und ausgewertet werden.
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Debugging im Unterricht
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. April 2017
URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/sq/Selbstständig Fehler in Programmcode zu finden und zu beheben stellt sowohl eine wichtige Fähigkeit als auch eine große Herausforderung beim Programmierenlernen dar: Hilflosigkeit und, - in Konsequenz - Frustration sind ein typisches Phänomen im Klassenzimmer. Debuggen unterscheidet sich dabei von allgemeinen Programmierfertigkeiten und muss explizit gelehrt werden. Darüber hinaus spielen Debugging-Fähigkeiten nicht nur im Programmierbereich eine große Rolle: Debugging ist auch in unserem Alltag allgegenwärtig und Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die explizite Vermittlung von Debugging-Fähigkeiten zu einem Transfer von Debugging-Fähigkeiten über die Programmierdomäne hinaus führen kann. Auch daher wird Debugging vermehrt im Kontext von Compuational Thinking diskutiert.Dennoch ist Debugging sowohl im Klassenzimmer als auch in der informatikdidaktischen Forschung ein unterrepräsentiertes Thema und es gibt überraschend wenige Studien, Materialien und Konzepte, die sich mit der expliziten Vermittlung von Debuggingfähigkeiten beschäftigen. Folglich sind Anfänger beim Erwerb von Debugging-Fähigkeiten oft auf sich allein gestellt. In diesem Forschungsprojekt soll das Debugging aus fachdidaktischer Sicht analysiert und Strategien zur Integration in den Unterricht entwickelt und evaluiert werden.
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Lebensmitteltechnologische Potentiale der innovativen, ressourcenproduktschonenden Gashydrattechnologie am Beispiel von ausgewählten Säften
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die Trocknung bzw. das Entfernen von Wasser stellt in der Lebensmittelherstellung eine zentrale Grundoperation dar, die hinsichtlich des Erhalts der Qualität und der Menge der zu behandelnden Produkte hohe Anforderungen stellt. So kann eine Reduktion des Wassergehalts einerseits dazu beitragen, dass Produkte ihre Funktionalität erhalten, während der Weiterverarbeitung und bei der Lagerung weniger anfällig sind oder dazu, dass Kosten für Verpackung, Lagerung und Transport eingespart werden. Andererseits besteht für diesen Produktionsschritt die kontinuierliche Herausforderung, nachhaltige und ressourceneffiziente Verfahren zu entwickeln.
Das klassische Verfahren zur Konzentrierung von Lebensmitteln ist die Verdampfung. Um den damit potentiell verbundenen Verlust oder die Beschädigung von leichtflüchtigen oder hitzeempfindlichen Stoffen, wie Phenolen oder Vitamin C, zu vermeiden, wurden alternative Verfahren, wie Membranverfahren oder die Gefrierkonzentration, entwickelt. Der Wasserentzug mittels Gashydrattechnologie ist hingegen ein in der Le-bensmittelindustrie bislang noch nicht etab-liertes Verfahren. Eine Konzentrierung von flüssigen Lebensmitteln mittels Gashydraten bzw. CO2-Hydraten wurde bisher lediglich im Labormaßstab und bei Säften, im Speziellen bei Orangen- und Tomatensaft, durchgeführt. Erste Studien zur Konzentrierung von
Orangensaft mittels Ethylen-Gas (C2H4) wurden 2014 durchgeführt und erreichten maximale Konzentrierungsraten von 99,3 %. Unter Einsatz von CO2-Gas konnten vergleichbare Konzentrierungsraten erzielt werden. Eine Abtrennung von Wasser durch Gashydratbildung wurde auch im Bereich der Zuckerproduktion untersucht, da hier der Energieeinsatz zur Wasserabscheidung (Konzentrierung) sehr kostenintensiv ist.
Entwicklungen zum Einsatz von Gashydraten zur Wasserabtrennung finden bisher ausschließlich außerhalb Deutschlands statt und fokussieren auch nicht auf die erreichbare Produktqualität. Ziel des Forschungs-vorhabens ist es daher, am Beispiel von Fruchtsäften (Apfel-, Orange- und Sanddornsaft) zu untersuchen, ob sich die Gashydrattechnologie zur Konzentrierung von flüssigen Lebensmitteln eignet. Dabei soll CO2 als Arbeitsmedium eingesetzt werden und eine Prozessbewertung und -optimierung hinsichtlich der Effizienz des Material- und Energieeinsatzes unter besonderer Berücksichtigung der Produktqualität und des Scale-ups erfolgen. Dies geschieht systematisch im Vergleich zu etablierten Verfahren und unter besonderer Berücksichtigung von Prozessvariationen, welche mithilfe einer globalen und lokalen Modellierung abgebildet werden sollen. Dazu wird im Rahmen des Vorhabens außerdem quantifiziert, wie sich unterschiedliche Prozessbe-dingungen auf die Produktqualität auswirken und welche Prozessierungsansätze auch auf größere Maßstäbe übertragen werden können und damit für den industriellen Einsatz geeignet sind. Hierdurch schafft das Vorhaben belastungsfähige Grundlagen für das Design gashydratbasierter Verfahren und Produkte mit besonderer Eignung für einen Einsatz in KMU. -
Verbesserte Charakterisierung des Versagensverhaltens von Blechwerkstoffen durch den Einsatz von Mustererkennungsmethoden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Kommunikation in Energieinformationsnetzen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. April 2017Das elektrische Energienetz befindet sich durch Digitalisierung und Integration dezentraler Energiequellen im Wandel. Die Durchdringung und informationstechnische Vernetzung mit Sensorik und Aktorik lassen komplexe virtuelle Steuerungssysteme entstehen.
Liegt dem ein leistungsfähiges Kommunikationsnetz zugrunde, können innovative Dienste und Anwendungen eine ökologische, ökonomische, stabile und hochwertige Energieversorgung ermöglichen. Die vielfältigen, teils echtzeitkritischen, Anforderungen und Verkehrsmuster der gegebenenfalls großräumig verteilten Anwendungen stellen dabei eine besondere Herausforderung dar.
Untersuchungsgegenstand dieses Forschungsprojekts ist der Ersatz proprietärer Lösungen durch ein programmierbares Kommunikationsnetz mit Standardkomponenten. Diese ermöglichen einen wirtschaftlichen Betrieb und hohe Kompatibilität, individuellen Anforderungen werden durch Software erfüllt. Übergeordnetes Ziel ist dabei, die Infrastruktur der Energie- und Kommunikationsnetze gleichermaßen optimal zu nutzen und Überdimensionierung zu minimieren. -
Algorithmen für kombinatorische Probleme
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 13. März 2017
URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/alkop/Man vermutet, dass NP-vollständige Probleme nicht in Polynomzeit gelöst werden können. Trotzdem müssen für Eingaben solcher Probleme zulässige Lösungen – oft unter Verzicht auf Optimalität, aber möglichst gut – berechnet werden, solange sie nur schnell erhalten werden. Beim Entwurf schneller und guter derartiger Algorithmen für kombinatorische Optimierungsprobleme setzt man häufig auf randomisierte und aus Approximationsalgorithmen. Bei letzteren ist es oft eine ganz große Herausforderung, die Qualität der erzielten Lösung in Beziehung zur optimalen Lösung, deren Wert ja unbekannt ist, zu setzen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt eines Approximationsalgorithmus ist der, für diesen Algorithmus Eingaben anzugeben, sog. Zeugen, bei denen er Ausgaben erzeugt, die sehr weit weg von optimalen Lösung sind. Insbesondere im Gebiet der Approximationsalgorithmen für das sog. Rundreiseproblem gibt es eine Reihe von Heuristiken, bei denen die Lücken zwischen Leistungsgarantien und Zeugen sehr groß sind. In diesem Forschungsbereich wollen wir gute Zeugen gegen einiger dieser Heuristiken entwerfen.
Im Bereich der randomisierten Verfahren untersuchen wir sog. Random-Walk-basierte Algorithmen für das NP-vollständige Erfüllbarkeitsproblem. -
AC Research Repository
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 13. März 2017
URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/acresearch -
Development of a Multiband Doherty Amplifier
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 8. März 2017 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Industrie -
Teamwork Performance: Effects of Tracking Based Feedback Mechanisms on Performance and Health Biomarkers
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. März 2017 -
Innovationslabor für Wearable and Ubiquitous Computing
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2017 - 30. September 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/innovation-lab-for-wearable-and-ubiquitous-computing/Das Innovationslabor für Wearable und Ubiquitos Computing ist ein vom Zentrum Digitalisierung Bayern (ZD.B) gefördertes Projekt. Ziel dieses Projektes ist die Durchführung einer Lehrveranstaltung, in welcher Studierende unter Anwendung von agilen Entwicklungsmethoden (Scrum) innovative Prototypen im Bereich Wearable und Ubiquitous Computing entwickeln. Die Projektideen stammen dabei aus drei verschiedenen Quellen: von den Studierenden selbst, von Wissenschaftlern oder von externen Industriepartnern.
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Integration und Verbindung von eng gekoppelten Prozessorfeldern (T01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: TRR 89: Invasives Rechnen
Laufzeit: 1. März 2017 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
URL: http://invasic.informatik.uni-erlangen.de/en/tp_t1.phpZiel dieses Transferprojekts ist die Analyse von massiv parallelen Beschleunigerarchitekturen, insbesondere von eng gekoppelten Prozessorfeldern (sog. TCPAs) und deren Integration in eine hochmoderne kommerzielle Mikrocontroller-Architektur, wie Infineons AURIX oder ARMs Cortex-A-Prozessorserie. Konkrete Forschungsfragen, die im gemeinsamen Interesse beider Projektpartner bearbeitet werden sollen, umfassen die Untersuchung von geeigneten Kopplungstechniken unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Rechenleistungen und Bandbreiten beider Subsysteme. Insbesondere sollen hier neue Cache-basierte Kopplungstechniken untersucht und das integrierte System prototypisiert und bezüglich folgender Eigenschaften anhand ausgewählter Anwendungen aus dem Bereich von Fahrerassistenzsystemen evaluiert werden: Energieeffizienz, Flächenkosten und Vorhersagbarkeit des zeitlichen Verhaltens sowie von Ablauf- und Ausfallsicherheit.
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Development of multi-modal, multi-scale imaging framework for the early diagnosis of breast cancer
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. März 2017 - 30. Juni 2020Breast cancer is the leading cause of cancer related deaths in women, the second most common cancer worldwide. The development and progression of breast cancer is a dynamic biological and evolutionary process. It involves a composite organ system, with transcriptome shaped by gene aberrations, epigenetic changes, the cellular biological context, and environmental influences. Breast cancer growth and response to treatment has a number of characteristics that are specific to the individual patient, for example the response of the immune system and the interaction with the neighboring tissue. The overall complexity of breast cancer is the main cause for the current, unsatisfying understanding of its development and the patient’s therapy response. Although recent precision medicine approaches, including genomic characterization and immunotherapies, have shown clear improvements with regard to prognosis, the right treatment of this disease remains a serious challenge. The vision of the BIG-THERA team is to improve individualized breast cancer diagnostics and therapy, with the ultimate goal of extending the life expectancy of breast cancer sufferers. Our primary contribution in this regard is developing a multi-modal, multi-scale framework for the early diagnosis of the molecular sub-types of breast cancer, in a manner that supplements the clinical diagnostic workflow and enables the early identification of patients compatible with specific immunotherapeutic solutions.
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Pal-Grid: Ein Umfassendes Simulationsframework für das Palästinensische Stromnetz
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2017 - 28. Februar 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Das Hauptziel dieses Kooperationsprojekts ist die Entwicklung eines umfassenden Simulationsframeworks für das palästinensische elektrische Energieversorgungssystem mit einem Fokus auf eine bestimmte Region (z.B. das Westjordanland). Das Simulationsframework soll in der Lage sein, die verschiedenen Aspekte der zukünftigen Energieversorgung zu erfassen.
Die zu entwickelnden Simulationsmodelle werden zwei Abstraktionsebenen beinhalten. Auf der Makroebene soll das palästinensische Energieversorgungssystem in abstrakter Weise nachgebildet werden, um mittels Simulation Aussagen zur Entwicklung des Strombedarfs und der Stromerzeugungsbilanzen tätigen zu können. Auf der feingranularen Mikroebene soll eine detailliertere Modellierung der verschiedenen Komponenten eines Energiesystems erfolgen, so dass auch ICT—fähige Anwendungen implementiert werden. Dadurch soll beispielsweise untersucht werden, inwiefern Lastspitzen reduziert werden können.
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RADiation and reliability challenges for electronics used in Space, Avionics, on the Ground and at Accelerators
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: RADSAGA
Laufzeit: 1. März 2017 - 28. Februar 2021
Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)Reliability and radiation damage issues have a long and important history in the domain of satellites and space missions. Qualification standards were established and expertise was built up in space agencies (ESA), supporting institutes and organizations (CNES, DLR, etc.) as well as universities and specialized companies. During recent years, radiation concerns are gaining attention also in aviation, automotive, medical and other industrial sectors due to the growing ubiquit… -
Selbstadaption für zeitschrittbasierte Simulationstechniken auf heterogenen HPC-Systemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2017 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Das Forschungsprojekt SeASiTe stellt sich der Aufgabe, eine systematische Untersuchung von Selbstadaption für zeitschrittbasierte Simulationstechniken auf heterogenen HPC-Systemen durchzuführen. Das Ziel ist der Entwurf und die Bereitstellung des Prototypen eines Werkzeugkastens, mit dessen Hilfe Programmierer ihre Anwendungen mit effizienten Selbstadaptionstechniken ausstatten können. Der Ansatz beinhaltet die Selbstadaption sowohl hinsichtlich relevanter System- und Programmparameter als auch möglicher Programmtransformationen.
Die Optimierung der Programmausführung für mehrere nicht-funktionale Ziele (z.B. Laufzeit oder Energieverbrauch) soll auf einer Performance-Modellierung zur Eingrenzung des Suchraums effizienter Programmvarianten aufbauen. Anwendungsunabhängige Methoden und Strategien zur Selbstadaption sollen in einem Autotuning-Navigator gekapselt werden.Das Erlanger Teilprojekt beschäftigt sich zunächst mit der modellbasierten Verständnis von Autotuning-Verfahren für reguläre Simulationsalgorithmen am Beispiel verschiedener gängiger Stencilklassen. Dabeisollen mit Hilfe erweiterter Performancemodelle strukturierte Richtlinien und Empfehlungen für den Autotuning-Prozess bzgl. relevanter Code-Transformationen und der Beschränkung des Suchraums für Optimierungsparameter erstellt und für den Autotuning-Navigator exemplarisch aufbereitet werden.
Der zweite Schwerpunkt der Arbeiten besteht in der Erweiterung bestehender analytischer
Performancemodelle und Software-Werkzeuge auf neue Rechnerarchitekturen und der Integration in den Autotuning-Navigator. Darüber hinaus betreut der Erlanger Gruppe den Demonstrator für Stencil-Codes.
Die Gruppe wirkt weiters an der Auslegung des AT-Navigators und der Definition von Schnittstellen mit.
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Selective laser melting alloys - Auslegungsrichtlinien und prozessbedingte Werkstoffeigenschaften
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SLM-PROP: Verbundvorhaben TARES 2020
Laufzeit: 1. Februar 2017 - 21. Januar 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Weiterentwicklung eines Bakteriophagen-basierten Erreger-Schnelltests für bakterielle Kontamination von Proben
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2017 - 31. Januar 2018
Mittelgeber: Industrie -
Werkzeugseitige Beeinflussung der tribologischen Bedingungen beim Presshärten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2017 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Digitale Pathologie - Neue Ansätze zur Automatischen Bildanalyse von Histologiebildern
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 16. Januar 2017Der Pathologe ist nach wie vor der Goldstandard bei der Diagnose von Erkrankungen in Gewebeschnitten. Aufgrund seiner menschlichen Natur ist der Pathologe einerseits in der Lage, sich flexibel an die hohe morphologische und technische Variabilität histologischer Präparate anzupassen, andererseits aber auch die Objektivität durch kognitive und visuelle Fallen einzuschränken.
In verschiedenen Projekten wenden wir die derzeit verfügbaren Werkzeuge und Lösungen in der digitalen Pathologie an und validieren sie, entwickeln aber auch neue Lösungen in der automatisierten Bildanalyse, um den Pathologen insbesondere in Bereichen der quantitativen Bildanalyse zu ergänzen und zu verbessern.
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Schutz vor Reverse-Engineering und Fehlerinjektionsangriffen durch dynamische Hardware-Rekonfiguration
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Physikalische Sicherheit durch dynamische Hardware-Rekonfiguration
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
URL: https://www.forschung-it-sicherheit-kommunikationssysteme.de/projekte/secrecField Programmable Gate Arrays (FPGAs) stellen eine effiziente Plattform für kryptographische Hardwareimplementierungen mit vielen Vorteilen dar. Jedoch muss jede sicherheitskritische und auf einem FPGA implementierte Schaltung sowohl gegen (a) Seitenkanalanalyse, (b) Fehlerinjektionsangriffe als auch gegen (c) Reverse-Engineering geschützt werden, um gegen jeglichen physikalischen Angreifer gewappnet zu sein. Daher werden in diesem Vorhaben Verfahren entwickelt, die die Fähigkeit der dynamischen Rekonfiguration des FPGAs einsetzen, um wirksame Schutzmechanismen gegen die genannten Angriffsklassen zu entwickeln. Dieses Gesamtvorhaben wird dabei das grundsätzliche Problem lösen, dass kryptographische Hardwareimplementierungen nur als statische Schaltungen vorliegen, die sich von einem Angreifer strukturell leicht charakterisieren lassen.
Speziell in diesem Teilvorhaben fokussiert sich die Forschung auf die Konzeption und Entwicklung von Gegenmaßnahmen für die Angriffsklassen (b) und (c) unter Laborbedingungen.In SecRec arbeiten drei renommierte Forschungseinrichtungen und Universitäten, ein langjährig ausgewiesenes KMU und ein weltweit führender Technologiekonzern zusammen, um gemeinsam neuartige Ansätze für Sicherheitsimplementierungen in Hardware zu entwickeln, die mittels dynamischer Rekonfiguration Schutz gegen verschiedene physikalische Angriffsklassen bieten können. Dieses Teilvorhaben bearbeitet hierbei zwei Klassen von Rekonfigurationstechniken zur Prävention von Fehlerinjektionsangriffen und Reverse-Engineering. Die lokale Rekonfiguration, die den Austausch der Konfiguration spezieller FPGA-Elemente untersucht, sowie die partiell dynamische Rekonfiguration, die ganze Schaltungsbereiche im FPGA zur Laufzeit austauschen kann. Die Entwicklung entsprechend resistenter Schaltungen umfasst eine Bedrohungsanalyse, Konzeption und Implementation von Gegenmaßnahmen sowie Evaluation und Demonstration der Schutzwirkung.
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REAPER: A Framework for Materializing and Reusing Deep-Learning Models
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: EFRE EIASY-Opt - Kompetenz- und Analyseprojekt für die "datengetriebene Prozess- und Produktionsoptimierung mittels Data Mining und Big Data"
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis), Bayerische Staatsministerien
URL: https://www.faps.fau.de/curforsch/efre-easy-opt/Im Rahmen des EFRE-E|ASY-Opt Teilprojektes wird das Potential von Data Mining Methoden im Bereich der Fertigung des produzierenden Gewerbes untersucht. Speziell das Trainieren von Deep-Learning Modellen stellt eine rechenintensive Aufgabe dar, welche mitunter Stunden bis mehrere Tage in Anspruch nehmen kann. Die Trainingszeit kann durch die Verwendung eines bereits trainierten Modells erheblich verkürzt werden, sofern die Ziel und Quellaufgabe in engen Zusammenhang zueinander stehen. Dieser Zusammenhang wird aktuell noch nicht vollumfänglich verstanden.
Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Umsetzung eines Systems namens REAPER (Reusable Neural Network Pattern Repository), um Data Scientists bei der Speicherung und Wiederverwendung von bereits trainierten Deep-Learning Modellen zu unterstützen.
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3C-SiC Hetero-epitaxiALLy grown on silicon compliancE substrates and 3C-SiC substrates for sustaiNable wide-band-Gap powEr devices
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: CHALLENGE
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Leadership in Enabling & Industrial Technologies (LEIT)Silicon carbide presents a high breakdown field (2-4 MV/cm) and a high energy band gap (2.3–3.2 eV), largely higher than for silicon. Within this frame, the cubic polytype of SiC (3C-SiC) is the only one that can be grown on a host substrate with the huge opportunity to grow only the silicon carbide thickness required for the targeted application. The possible growth on silicon substrate has remained for long period a real advantage in terms of scalability regarding the redu… -
Extraktion und Verbesserung akustischer Signale
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Akustische Sensornetzwerke
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 29. Februar 2020
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)Das Ziel dieses Projektes ist eine vereinheitlichte Darstellung und Weiterentwicklung des aktuellen Stands der Forschung zu Methoden zur Quellenlokalisierung, Signalextraktion und -verbesserung und Metaparameterschätzung indem die Potenziale der jeweiligen Methoden sowohl auf theoretischer wie auch auf praktischer Ebene für die spezifischen Ziele bei akustischen Sensornetzwerken gemeinsam genutzt werden. Fortschritte gegenüber dem Stand der Forschung werden vor allem von der - soweit sinnvoll und möglich - durchgängigen Behandlung als Bayes'sches Parameterschätzproblem erwartet, so dass Vorwissen, z.B. zu Quellenpositionen oder Statistiken der beobachteten Signale, optimal für eine "informierte Signalextraktion" genutzt werden kann, während gleichzeitig das Potenzial sogenannter "blinder" Algorithmen, die aus dem TRINICON- und dem BENCH-Konzept abgeleitet werden, erhalten bleibt. Die zentrale Rolle dieses Projekts innerhalb des Antrags der Forschergruppe spiegelt sich auch darin wider, dass dieses Projekt einerseits verbesserte Signale und Metaparameter für die Schicht 3 ("Feature Extraction and Acoustic Scene Classification" bereitstellt, und andererseits eng mit der Schicht 1 ("Distribution, Communication and Synchronization") verwoben ist, wenn es um die für akustische Sensornetzwerke spezifischen Aufgaben der Abschätzung der 'Sensor utility' und die Algorithmenzerlegung für verteiltes Rechnen geht.
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Charakterisierung von Nanofluiden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Hybride Simulation vernetzter Energiesysteme
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2017Der Zubau von erneuerbaren Energieträgern und der wachsende Anteil dezentraler und stark fluktuierender Energieerzeuger stellen moderne Energiesysteme vor komplexe Herausforderungen. Auch Speichersysteme wie KWK-Anlagen mit Wärmespeichern, reine Stromspeicher oder weitere Technologien, spielen eine entscheidende Rolle. Des Weiteren ist Kommunikation zwischen den Erzeugern, Verbrauchern und Speichern sowie die intelligente Steuerung der Stromerzeuger und Verbraucher für die Stabilität und Effizienz des Energiesystems entscheidend.Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur umfassenden Analyse der zunehmend auf erneuerbaren Energien basierenden Energiewirtschaft auf der Ebene einzelner Häuser und Hausverbünde. Im Rahmen des Teilprojekts entsteht der Simulationsbaukasten i7-AnyEnergy der die schnelle Entwicklung hybrider Simulationsmodelle vernetzter intelligenter Energiesysteme ermöglicht. Dazu werden Methoden wie die diskrete Ereignissimulation (z.B. für Verbraucher-, Wetter- und Steuermodelle) und System Dynamics Modelle (z.B. für Energie- und Kostenflüsse) in einem Simulationsmodell verbunden. Aus den Basiskomponenten für den Energiebedarf (elektrisch und thermisch), für die Energieerzeugung (z.B. Gasheizung, Kraft-Wärme-Kopplung mit Brennstoffzellen), für erneuerbare Energien (Photovoltaik), für die Energiespeicherung (Batterien, chemische Speicher wie z.B. basierend auf LOHC), sowie für die Steuerung können Hausmodelle erstellt und zu Verbünden mit einem gemeinsamen Wettermodell und einem Kommunikationsnetz gekoppelt werden.
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Spitzenlastfähige Hochtemperatur-Speicher
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-speiDer Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Teilprojekt Große Speicher (Second Generation Fuels) wird die Speicherung von Wärme und Überschussstrom aus Erneuerbaren Energien über lange Zeiträume untersucht.
Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik wurde im Rahmen des TP 2 (Spitzenlastfähige Hochtemperaturspeicher) ein Prototyp aufgebaut, um die dynamische Dampferzeugung mittels Hochtemperatur-Heatpipes zu untersuchen. Um den Jahreswechsel erfolgte die Inbetriebnahme und der Teststand bringt wertvolle Erfahrungen für die Konstruktion und die dynamische Betriebsweise des 2018 zu errichtenden Heatpipe-Carbonatspeichers. Dieser ist die erste Anlage dieser Art im Pilotmaßstab und soll einen entscheidenden Beitrag zur Flexibilisierung von Dampfkraftwerken leisten.
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Metaprogrammierung für Beschleunigerarchitekturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)In Metacca wird das AnyDSL Framework zu einer homogenen Programmierumgebung für
heterogene Ein- und Mehrknoten-Systeme ausgebaut. Hierbei wird die UdS den Compiler und das Typsystem von AnyDSL erweitern, um dem Programmierer das produktive Programmieren von Beschleunigern zu ermöglichen. Darauf aufbauend wird der LSS geeignete Abstraktionen für die Verteilung und Synchronisation auf Ein- und Mehrknoten-Rechnern in Form einer DSL in AnyDSL entwickeln. Alle Komponenten werden durch Performance Modelle (RRZE) unterstützt
Eine Laufzeitumgebung mit eingebautem Performance-Profiling kümmert sich um Resourcenverwaltung und Systemkonfiguration. Das entstandene Framework wird anhand zweier Anwendungen, Ray-Tracing (DFKI) und Bioinformatik (JGU), evaluiert.
Als Zielplattformen dienen Einzelknoten und Cluster mit mehreren Beschleunigern (CPUs, GPUs, Xeon Phi).Die Universität Erlangen-Nürnberg ist hauptverantwortlich für die Unterstützung von verteilter
Programmierung (LSS) sowie für die Entwicklung und Umsetzung von unterstützenden Performance-Modellen sowie einer integrierten Profiling Komponente (RRZE). In beiden Teilbereichen wird zu Beginn eine Anforderungsanalyse durchgeführt um weitere Schritte zu planen und mit den Partnern abzustimmen.
Der LSS wird im ersten Jahr die Verteilung der Datenstrukturen umsetzen. Im weiteren Verlauf wird sich die Arbeit auf die Umsetzung von Synchronisationsmechanismen konzentrieren. Im letzten Jahr werden Codetransformationen entworfen, um die Konzepte für Verteilung und Synchronisation in AnyDSL auf die gewählten Anwendungen anzupassen. Das RRZE wird in einem ersten Schritt das kerncraft Framework in die partielle Auswertung integrieren. Hierbei wird kerncraft erweitert um aktuelle Beschleunigerarchitekturen sowie Modelle für die Distributed-Memory-Parallelisierung zu unterstützen. In zwei weiteren Paketen wird eine Ressourcenverwaltung und eine auf LIKWID basierende Profiling Komponente umgesetzt -
Kolbenbolzen für Leichtbau-Design
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Kolbenbolzen für Leichtbau-Design
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Biomechanical Simulation for the Reconstruction and Synthesis of Human Motion
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: IndustrieIn this project, we investigate musculoskeletal modeling and simulation to analyze and understand human movement and performance. Our objective is to reconstruct human motion from measurement data for example for medical assessments or to predict human responses for virtual product development.
Reconstruction of Human Motion: Biomechanical analysis using wearable systemsInertial sensor systems provide the possibility of cheap gait analysis in everyday life. One major challenge is to achieve a high quality gait analysis based on noisy sensor measurements. Moreover, inertial sensors can only quantify human joint kinematics and are not able to measure joint kinetics as performed in gait laboratories. Existing systems are based on an integration of the inertial sensor data for estimating human poses. This error-prone integration can be avoided using a computer simulation of a biomechanical model that tracks the measured sensor signals. Furthermore, such a model can give insight into joint kinetics, muscle control and other gait-related parameters such as stride length, stride time and ground-reaction force.
Synthesis of Human Motion: Predictive biomechanical simulation for design applications
Sports and medical products such as running shoes, bandages or prostheses should support and improve our movement. But, how to derive optimal design parameters? The conventional process of prototyping and testing is often time-consuming, expensive, hazardous or even not realizable. Our purpose is to avoid prototyping and testing by virtual product development to derive optimal design parameters. We investigate biomechanical simulation to predict the influence of design parameters on human movement and performance. -
Hardware- und Leistungsorientierte Codegenerierung für Informatik und Ingenieurwesen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Das HPC²SE Projekt entwickelteinen neuartigen Metaprogrammieransatz, um die Nutzung moderner und zukünftigerheterogener HPC-Systeme für eine breite Klasse von Simulationen einfacher undeffizienter zu gestalten.
Eine Schlüsseltechnologie fürdie Forschung oder industrielle Entwicklungen ist die numerische Simulation.Beispiele hierfür sind die Klimaprognose, der Katastrophenschutz, dieEnergieversorgung, der Fahrzeugbau. Zunehmend gewinnen simulationsbasierteRisikoabschätzungen an gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Bedeutung,sodass daraus auch ökonomische und politische Entscheidungen abgeleitet werden.
Für solche Simulationen stelltdie Hardwareentwicklung hat der vergangenen 10 Jahren eine großeHerausforderung dar. Einzelne Prozessorkerne werden nicht mehr schneller,sondern höhere Rechenleistung wird nur durch mehr Parallelität erreicht.Darüber hinaus hängt die Zeit für die Berechnung einer Simulation nicht nur vonder Leistung der Prozessoren ab, sondern insbesondere auch vom verwendetenmathematischen Verfahren und wie gut dieses zur verwendeten Hardware passt. Fürjedes neue Modell und jede neue Hardware sind daher spezifische Optimierungenund Anpassungen nötig. Diese Änderungen erfordern mathematisches,algorithmisches und technisches Expertenwissen. Das HPC²SE Projekt wird Technikenentwickeln, um die Wahl und Implementierung dieser Optimierungen für Anwendersignifikant zu erleichtern. Die zu entwickelnden Tools werden als Open-Sourceveröffentlicht und sind nicht an eine spezielle Simulationssoftware gekoppelt.Damit stehen sie einer breiten Community aus Forschung und Industrie zurVerfügung. Im Rahmen des Projektes werden die beiden Open-Source Systeme DUNE& waLBerla genutzt, welche von den beteiligten Gruppen mitentwickeltwerden.
Konkret wird das Projekt demAnwender eine domain-spezifische Sprache (DSL) zur Verfügung stellen, welche eserlaubt das mathematische Modell direkt zu beschreiben. Diese Eingabe wird ineine algebraische Zwischenrepräsentation übersetzt, welche weitreichendemathematische und algorithmische Optimierungen ermöglicht. Eine effizienteCodegenerierung für verschiedene moderne Zielarchitekturen (CPUs, GPUs, usw.)wird durch einen speziell erweiterten C++ Compiler realisiert. Zusammenfassend,wird das HPC²SE Projekt eine Reihe neuer Forschungsergebnisse in der formalenBeschreibung und algorithmischen Umsetzung von zeitintensiven Simulationensowie in der effizienten Codegenerierung und –optimierung für modernehochparallele Systeme entwickeln. Somit wird die Nutzung von modernen many-coreHochleistungssystemen entscheidend erleichtert. Anhand von Simulationen, wiesie im Bereich der Luftfahrttechnik, Elektrotechnik, Batterieforschung oder derErdöl- und Erdgastechnik vorkommen, wird HPC²SE zeigen, wie dasselbemathematische Modell schnell und effizient für unterschiedliche Architekturenumgesetzt werden kann.
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Computational Thinking in der Grundschule - Was und wie arbeiten Informatiker?
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2017Es geht in diesem Projekt darum, Informatik, die über die „klassischen“ und offensichtlich digitalen Geräte hinausgeht, als unmittelbare Lebenswirklichkeit erfahrbar und bewusst zu machen. Die Schülerinnen und Schüler sollen nicht vorrangig programmieren, sondern ein erstes Verständnis für die fundamentalen Prinzipien, Konzepte und Problemlösungen in der Informatik entwickeln. Zusätzlich sollen auch erste praktische (Programmier-)Erfahrungen gesammelt werden. Langfristiges Ziel ist, dass Grundschulkinder verantwortungsvoll, selbstsicher und kreativ Informatik anwenden und mit ihr umgehen können.
Vorbilder für die Entwicklung einer Unterrichtseinheit im Bereich „Computational Thinking“ sind Länder, wie z.B. England oder Australien, die bereits Curricula oder Unterrichtsvorschläge ab Klasse 1 vorgelegt haben. Dazu wurde eine kleine Unterrichtseinheit entworfen unter Titel „WAS und WIE arbeiten Informatiker?“, die sieben Unterrichtseinheiten umfasst (mit je ca. 60 – 70 Minuten). Die Kompetenzentwicklung der Kinder aus ca. drei dritten Klassen soll dabei evaluiert werden.
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Rechenleistungsoptimierte Software-Strategien für auf unstrukturierten Gittern basierende Anwendungen in der Ozeanmodellierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Um akkurate Ozean, Atmosphären oder Klima Simulationen durchzuführen werden sehr effiziente numerische Verfahren und große Rechenkapazitäten benötigt, die in vielen Teilen der Welt und bei vielen Forschungsgruppen in diesen Anwendungsfeldern nicht verfügbar sind. Solche Beschränkungen führen auch dazu, dass Modelle und Softwarepakete basierend auf strukturierten Gittern derzeit in der Ozeanwissenschaft immer noch vorherrschend sind.In diesem Projekt soll zum einen die Rechenzeit für Modelle, die auf unstrukturierten Gittern und einer diskontinuierlichen Galerkin finite Elemente Methode basieren, deutlich reduziert werden, und zum anderen die Produktivität bei der Softwareentwicklung gesteigert werden. Das erste Ziel soll durch einen neuen Ansatz zur parallelen Gebietszerlegung und durch adaptive numerische Verfahren erreicht werden.Für das zweite Ziel kommen moderne Software Design Strategien zum Einsatz, vor allem Codegenerierung und automatische Optimierung von rechenintensiven Programmteilen. Die Fortschritte bei der Rechenzeit und dem Software Design, die aus dem Projekt resultieren, können einen wichtigen Beitrag leisten, um unstrukturierte Gitter für alle Forscher aus den Ozeanwissenschaften nutzbar zu machen, auch wenn sie nur Zugang zu moderat parallelen Systemen und nicht zu Höchstleistungsrechnern haben.
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Mehr Lebensqualität und Sicherheit für pflegebedürftige Menschen: Innovative berührungslose Überwachung von Vitalparametern
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: GUARDIAN
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Mai 2020
Mittelgeber: BMBF / VerbundprojektMotivation
In der Pflege schwerkranker Menschen ist die Erfassung von Atmung und Herzschlag zur Krisenerkennung ein wichtiges Hilfsmittel. Die bisher hierfür notwendige Ableitung über Elektroden und Kabel ist störanfällig und schränkt Pflegebedürftige in ihrer Selbstbestimmung und Lebensqualität ein. Das Projekt GUARDIAN soll die berührungslose und kontinuierliche Erfassung von Vitalparametern ermöglichen.
Ziel und Vorgehen
In GUARDIAN wird die berührungslose Erfassung der Vitalparameter aus mehreren Metern Entfernung mittels eines multimodalen Hochfrequenzsensors entwickelt. Hierfür wird ein schwaches elektromagnetisches Hochfrequenzsignal ausgesandt und dessen Veränderung analysiert. Aufgrund der hohen Distanzauflösung können Bewegungen, die Atmung und Herzschlag hervorrufen, aus dem Messsignal extrahiert und analysiert werden. Dabei sind überlagerte Bewegungsartefakte zu kompensieren. GUARDIAN wird somit ermöglichen, Beschwerden wie Schmerzen und Luftnot sowie Gesundheitskrisen wie Herzrhythmusstörungen und Herzkreislaufstillstand umgehend und automatisiert zu erkennen. Gleichzeitig sollen die ethischen, rechtlichen und sozialen Fragen des Verfahrens sowie dessen Auswirkungen auf die Palliativ- und Intensivpflege, Pflegebedürftige, Pflegefachkräfte und Angehörige intensiv untersucht werden.
Innovation und Perspektiven
Durch den Einsatz der Sechstor-Interferometrie als neues Konzept werden alle Körperbewegungen mit bisher nicht erreichter Distanzauflösung im Mikrometerbereich berührungslos aus bis zu mehreren Metern Abstand erfasst und Atmung sowie Herzschlag extrahiert. Die Konsortialpartner sehen in der zu entwickelnden Technologie ein hohes Potential beim Gesundheits- und Beschwerdemonitoring Pflegebedürftiger in Krankenhäusern, allerdings auch im ambulanten Bereich in Pflegeheimen und zuhause.
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Molekulare Kommunikationssysteme
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
URL: https://www.idc.tf.fau.de/efi-mcs/Neuentstehende Anwendungen in der Biologie, Nanotechnologie und Medizin machen die Vernetzung von Objekten und Maschinen mit Abmessungen im Nano- und Mikrometerbereich erforderlich. Traditionelle elektromagnetische Ansätze für den Entwurf entsprechender Kommunikationssysteme sind für solch kleine Größenordnungen nicht geeignet. In der Natur jedoch ist die Kommunikation zwischen Nano- und Mikro-Objekten, wie z.B. Bakterien und anderen Zellen, weit verbreitet. Dabei kommen oft Signalmoleküle als Informationsträger zum Einsatz, so dass ein natürliches molekulares Kommunikationssystem entsteht. Das Projekt bündelt die an der FAU vorhandene Expertise auf den Gebieten Elektrotechnik, Biologie, Materialwissenschaften, Mathematik und Nanomedizin, um – ausgehend von in der Natur vorkommenden Mechanismen und Prozessen – synthetische molekulare Kommunikationssysteme zu entwerfen und zu implementieren.
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Pitch It! – Konzeptstudie zu einer neuartigen Rotorblattlagerung für Windenergieanlagen mit individueller Pitch‐Regelung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. September 2017
Mittelgeber: Bayerische ForschungsstiftungWindenergieanlagen bilden weltweit zunehmend eine tragende Säule der Stromversorgung. Aktuelle Entwicklungen konzentrieren sich auf die Realisierung größerer und damit noch wirtschaftlicherer Anlagen. Hierbei ist es entscheidend, die Belastungen auf die Struktur zu reduzieren. Eine vielversprechende Lösung stellt die individuelle Pitch-Regelung dar. Bei dieser werden die einzelnen Rotorblätter individuell und ständig während der Umdrehung des Rotors im Bereich weniger Winkelgrad geschwenkt, um die aerodynamischen Kräfte zu regulieren. Obwohl die Technik seit rund zehn Jahren bekannt ist, findet sie bisher nur bedingt praktische Anwendung. Der wesentliche Grund ist darin zu sehen, dass sich die kleinen Schwenkbewegungen negativ auf die Lebensdauer konventioneller, wälzgelagerter Rotorblattlagerungen auswirken. Von den Antragsstellern wurde daher ein vollkommen neues Prinzip für eine Rotorblattlagerung entwickelt, welches individuelle Pitch-Regelung erlaubt und gleichzeitig hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer erwarten lässt. Das Prinzip sieht eine Kombination eines elastischen Elements mit einer Gleitlagerung anstelle der Wälzlagerung vor.
Im Rahmen der Studie wurde erfolgreich ein erstes Konzept der neuartigen Lagereinheit für eine 3-Blatt-Windturbine mit einer Leistung von ca. 3,6 MW entwickelt. Insbesondere der entstandene Gesamtentwurf, als ein wichtiges Ergebnis der Studie, zeigt die prinzipielle Machbarkeit des Konzepts. Abschließend wurden weitere Gestaltungsmöglichkeiten diskutiert, die der Weiterentwicklung des Konzepts dienen können.
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Biomechatronics and Multiphoton Morphometry in Muscle Diagnostics
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Skeletal muscle is the prime source of locomotion in humans. Quality oflife is vastly challenged in muscle disease and loss of muscle function. There aremany conditions that lead to myopathic changes with acute or chronic course.On the other hand, muscle is an organ with extreme plasticity, and muscle exerciseand training can help to overcome some of the mechanisms leading to muscleweakness by boosting muscle contractile performance and endurance, e.g.through nitrate supplementation that leads to better metabolic supply andendurance (A/Prof. Leonardo Ferreira’s lab at HHP). A model of acute acquiredmyopathies that is routinely used in the host’s college is inflammation-inducedmyopathy in sepsis (rodent models; Prof. Thomas Clanton’s lab at HHP),while another rodent model of chronic inherited myopathy is available throughDuchenne Muscular Dystrophy mice (mdx)that have an additional mutation predisposing them to more complete musclefibrosis and make them more similar to the human form of the disease (Prof.Elisabeth Barton’s at HHP). The characterization of muscle dysfunction andmuscle performance enhancement mechanisms requires a focusedmultidisciplinary approach including physiology, biochemistry but also newstrategies from medical biotechnology, bioengineering and kinesiology. Our overallgoal is to develop and apply screening technologies for musclefunctionality at the biomechanical and ultrastructural cytoarchitecture level developedin OF’s Institute of Medical Biotechnology (MBT) to be applied to muscledisease and performance enhancement models available at the host’s College ofHealth and Human Performance (HHP). Both partners complement each other verywell since the technologies developed at OF’s labs are not available atUniversity of Florida and the other argument applies to the muscle biologyrodent models.
Scientific goals are related to each of the models and ongoingcollaborations:
SA 1: Biomechanics analysis of skeletal limb and diaphragm muscle in responseto in vitro exposure to single or combinations of inflammatory cytokines or inanimals treated with LPS to induce sepsis in vivo. Muscle fibre bundles of 3-5single fibres are dissected from EDL and diaphragm and will be mounted on a newlydeveloped MyoRobot system for fully automated high-end cellularbiomechanics and kinesiology experiments. Fibres are skinned to activate Ca2+release and force transients with caffeine stimulation. Ca2+-sensitivityof the contractile apparatus is assessed with pCa-force recordings. Passivebiomechanics related to visco-elasticity of the muscle fibres will be assessedwith modern voice coil technology in an automated recording environment.Experiments are performed under control conditions and following differentialincubations with IL-1, TNF-a, interferon-ß/g and LPS directly. Bundles from septic animals will also be used andblood samples analysed for pro-inflammatory cytokine profiling. SA 1 is acollaboration with Prof. Clanton.
SA 2: Biomechanics analysis of whole muscles (limb, diaphragm) from animalshaving undergone an oral dietary supplementation treatment with nitrate overseveral weeks. Nitrate is known to enhance muscle performance in eliteathletes by NO-mediated effects, primarily affecting muscle metabolism andblood supply. Our hypothesis is that nitrate treatment also affectsexcitation-contraction coupling by reducing cellular fatigue and increasing Ca2+sensitivity of the contractile apparatus. Whole muscles from treated mice willbe subjected to a manual setup in a Radnoti-based organ bath with externalfield stimulation and set to optimum resting length. Then, force frequencycurves will be assessed by varying the external stimulation frequency andrecording tetanic force. The results will be compared to results from wholemuscle recordings using our MyoRobot technology which will have to be furthermodified to take up whole muscles and electrical field stimulation. SA 2is a collaboration with Prof. Ferreira.
SA 3: Morphometric multiphoton microscopy of ultrastructuralremodelling of extracellular matrix collagen components and sarcomerereorganization in an mdx model withincreased tissue fibrosis. This model is available at Prof. Elisabeth Barton’slab, and our goal is to perform label-free high-end multiphoton Second Harmonic Generationmicroscopy and quantitative morphometry on limb and diaphragm muscles obtainedfrom these mice. Muscle will be collected during a visit of the German team atProf. Barton’s lab and transferred fixed to OF’s labs in Germany where a uniquehigh-end multiphoton-multifocal imaging system is available.
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EnCN 2 - Wasserstoffspeicherung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus 2 (EnCN 2) - Speicher, Projektteil B - Speicher mit Marktreife bis 2022
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013) -
SP1-1 Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit reversiblen HP-ORC-Systemen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-speiDas Teilprojekt beschäftigt sich konkret mit der Realisierung eines reversiblen Wärmepumpen-ORC Prozess in Kombination mit einem großen Niedertemperatur-Speicher. Überschussstrom aus Wind und PV soll zur Aufwertung geothermischer Wärme oder industrieller Abwärme mittels einer Wärmepumpe verwendet werden. Wärmepumpen ermöglichen bei gleichem Stromeinsatz im Vergleich zu klassischen Tauchsiedern ein deutlich höheres Temperaturniveau. Zur Reduktion der Investitionskosten wird ein Großteil der Komponenten der Wärmepumpe zur Rückverstromung als ORC-Prozess eingesetzt.Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik beschäftigt sich in diesem Projekt mit einer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsstudie für die Modellregion Wunsiedel. Für die Leistungsbereiche von 100 kW bis 10 MW sind anhand von Marktstudien die vielversprechendsten Anbieter und Technologien für die Umsetzung eines Demonstrationsprojektes im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zu ermitteln. -
SP 3 - Dynamisches Verhalten von Power-to-Gas und Power-to-Liquid Synthesen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/energie-campus-nuernberg-teilprojekt-grosse-speiDer Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Teilprojekt Große Speicher (Second Generation Fuels) wird die Speicherung von Wärme und überschussstrom aus Erneuerbaren Energien über lange Zeiträume untersucht.
Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT) wird hierfür ein neuartiges Reaktorkonzept entwickelt und experimentell untersucht. Dieses Konzept ist für den dynamischen Betrieb in Power-to-Gas Anwendungen optimiert.
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Prozessorientierte Dienststruktur für Perfomance Engineering von wissenschaftlicher Software an deutschen HPC-Zentren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://blogs.fau.de/prope/Das Projekt ProPE hat zum Ziel eine nachhaltige und strukturierte Anwenderunterstützung bei der effizienten Programmierung und Nutzung moderner Hochleistungsrechner prototypisch als übergreifendes Angebot mehrerer Tier-2/3 HPC-Zentren mit verteilten Kompetenzen zu implementieren.Im Mittelpunkt steht zunächst Weiterentwicklung, prozessorientierte Formalisierung und Verbreitung eines strukturierten Performance Engineering (PE) Prozesses. Der PE-Prozess bildet die Basis für eine zielgerichtete, strukturierte Optimierung und Parallelisierung wissenschaftlicher Simulationssoftware. Rechenintensive Teile einer Anwendung werden dabei in einem iterativen Zyklus analysiert und optimiert/parallelisiert: Basierend auf einer Code-/Algorithmenanalyse wird in Verbindung mit einer Hardwareanalyse der Zielplattform eine Hypothese für den performancelimitierenden Faktor durch Performancemuster und Performancemodelle gewonnen. Diese wird durch Performancemessungen validiert oder iterativ angepasst. Nach der erfolgreichen Identifizierung des performancelimitierenden Faktors werden geeignete Codeänderungen durchgeführt und der Prozess beginnt von neuem. Die Tiefe des PE-Prozesses kann der Komplexität des Problems und der Erfahrung des HPC-Analysten angepasst werden. ProPE wird diesen bisher von Experten auf prototypischem Niveau angewandten Prozess formalisieren, in verschiedenen Problemkreisen (Einzelprozessor-/Knotenperformance, verteilt parallele Programmierung und IO-intensive Probleme) einsetzen und auf unterschiedlichem Abstraktionsniveau sowohl HPC-Analysten als auch Anwendungsprogrammierern durch gemeinsame Projekte, Weiterbildung und Webdokumentation zugänglich machen. Der zweite Projektschwerpunkt sieht die Integration des PE-Prozesses in eine verteilte IT-Struktur vor, in der die Zentren eigene thematische Beratungsschwerpunkte einbringen. Abläufe, Dokumentation und PE Prozesse bei Beratungsprojekten werden abgestimmt und soweit möglich vereinheitlicht. Ziel ist es das gesamte, über die ProPE-Partner verteilte Beratungsangebot überregional einheitlich zugänglich zu machen. Gleichzeitig wird die Grundlage gelegt, laufende Beratungsprojekte effizient und schnell zwischen den Zentren zu migrieren. Im Zuge der systemseitigen Identifizierung von Programmen mit niedriger Hardwareeffizienz, der Charakterisierung laufender Applikationen sowie der Quantifizierung des Performancefortschritts wird eine einfach handhabbare Leistungsanalysesoftware für moderne Clustersysteme implementiert. Diese ist auf die speziellen Anforderungen des PE-Prozesses ausgerichtet und für einfache Installation und Nutzung durch Tier-2/3 Zentren konzipiert. Im Rahmen von nicht geförderten assoziierten Partnern integriert sich ProPE in die HPC-Versorgungspyramide und bietet den Wissenschaftlern neben Codeoptimierung und Parallelisierung auch einen Ansprechpartner für PE auf algorithmischer Seite.
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Analyse kleinster Nanopartikel mittels Hochfeldmethoden-Atom für Atom
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Dynamische Simulation der Energieflüsse und Speicherung der Abwärme von Rechenzentren und der Integration großer Speicher in Nahwärmenetze
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Energie Campus Nürnberg 2
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bayerische StaatsministerienDer Anteil an Strom aus Photovoltaik am Strommix in Deutschland wurde in den letzten Jahren stark ausgebaut. Auch in naher Zukunft wird die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und damit auch der solar erzeugte Strom weiter steigen. Bei hoher Sonneneinstrahlung führt dies schon heute zu einem lokalen Überangebot im Stromnetz, während die Photovoltaik in der Nacht naturgemäß nicht zur Stromversorgung beitragen kann. Die Sicherstellung der nächtlichen Grundlast bei Nacht wird daher zu einem großen Teil durch fossile Erzeugung aus Kohle und Braunkohle mit entsprechender CO2-Emission gewährleistet.Durch den Einsatz grundlastfähiger Speichersysteme mit Niedertemperatur-Speichern soll der Einsatz umweltbelastender thermischer Kraftwerke reduziert werden. Tagsüber wird mit überschüssigem Strom aus der Photovoltaik mittels Wärmepumpen (HP) Wärme aus Geothermie oder industriellen Prozessen aufgewertet und in einem Niedertemperatur-Speicher gespeichert. Zur Erzeugung von nächtlichem Grundlaststrom wird dann diese Wärmeenergie über einen Organic Rankine Cycle (ORC)-Prozess dem Speicher entzogen.
Ziel des Projekts ist die dynamische Simulation der Energieflüsse von HP-ORC-Wärmespeichern, die in das Energiesystem integriert sind und überschüssige Wärme und Strom nutzen. Mit den Simulationsmodellen sollen die Dimensionierung und geeignete Betriebsweisen für den wirtschaftlichen Betrieb von Niedertemperatur-Speichern untersucht werden.
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Advanced Biomechatronics Technology: Development and Application
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Deep Learning für die multimodellhafte kardiale MR-Bildanalyse und -Quantifizierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 1. Mai 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Cardiovascular diseases (CVDs) and other cardiac pathologies are the leading cause of death in Europe and the USA. Timely diagnosis and post-treatment follow-ups are imperative for improving survival rates and delivering high-quality patient care. These steps rely heavily on numerous cardiac imaging modalities, which include CT (computerized tomography), coronary angiography and cardiac MRI. Cardiac MRI is a non-invasive imaging modality used to detect and monitor cardiovascular diseases. Consequently, quantitative assessment and analysis of cardiac images is vital for diagnosis and devising suitable treatments. The reliability of quantitative metrics that characterize cardiac functions such as, myocardial deformation and ventricular ejection fraction, depends heavily on the precision of the heart chamber segmentation and quantification. In this project, we aim to investigate deep learning methods to improve the diagnosis and prognosis for CVDs,
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Modular composite Joint 3D
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
URL: https://www.mojo-3d.fau.de/ -
Erforschung, Entwicklung und Realisierung eines"intelligenten Kabel-Monitoring" Systems für Datenkabel
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Januar 2018
Mittelgeber: Industrie -
Mobile Based Animal Tracker (Mobile-BAT)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Projektziel von Mobile-BAT ist der Aufbau eines miniaturisierten Langzeit-Ortungsmoduls zur automatisierten Routen-Erfassung wandernder Fledermausarten basierend auf extrem stromsparenden, passiven Loggen von Mobilfunksignalen. Dieses Modul soll als Datenlogger auf dem Rücken von Fledermäusen befestigt werden und die Wanderroute in einer Genauigkeit erfassen, die bezüglich der örtlichen und zeitlichen Auflösung Rückschlüsse auf die Wahl der Route des Tieres zulässt. Um eine Einschränkung der Bewegungsfreiheit der Fledermäuse zu vermeiden und das natürliche Verhalten so wenig wie möglich zu beeinflussen, muss der gesamte Sensorknoten, bestehend aus der Batterie, Schaltungsträger und Antennensystem weniger als 2 Gramm wiegen und einen angemessenen Formfaktor besitzen. Aufgrund der geforderten Laufzeit zum Erfassen einer Zugperiode von bis zu sechs Monaten muss ein Konzept gefunden werden, welches die Fixierung des Sensorknotens über diesen langen Zeitraum mit minimalen Einschränkungen für das Tier und aus limitierten Energieressourcen den Ortungsbetrieb während dieser Zeitspanne ermöglicht. Die Logger werden nach Rückkehr und Fang der Fledermäuse wiedergewonnen und ausgewertet. Zur Erleichterung des Auffindens wird der Sensorknoten nach Erkennen der Rückkehr ein leistungsschwaches VHF-Signal zur automatischen Peilung aussenden. Aus den empfangenen und aufgezeichneten Empfangsparametern der Mobilfunkbasisstationen werden die Flugroute und der Migrationsfortschritt mit maximaler Genauigkeit abgeleitet. Hierzu werden in einem neuen Ansatz in Ausbreitungsmodellen für Mobilfunksignale auch topografische Informationen berücksichtigt, was eine automatisierte Berechnung der zu erwartenden Signalkonstellation an beliebigen Koordinaten ermöglicht. Die vom Sensorknoten gespeicherten Basisstationsdaten werden auf diese Datenbank abgebildet und zu einer konkreten Position verrechnet. Vorteilhaft ist hierfür, dass durch den passiven Systemansatz ohne ein Einbuchen in ein bestimmtes Mobilfunknetz alle verfügbaren Basisstationssignale in allen möglichen Mobilfunkbändern, unabhängig von einem bestimmten Provider, für die Positionsbestimmung genutzt werden können, was die Zahl der möglichen Messpunkte pro Koordinate stark erhöht und in einer genaueren Position resultieren wird.Das Projekt Mobile-BAT wird erstmals wissenschaftlich belastbare Einblicke in die Migrationsstrategien wandernder Fledermäuse ermöglichen. über den konkreten Anwendungsfall hinaus wird erwartet, dass die neuartige passive mobilfunkbasierte Ortung grundlegende Erkenntnisse zur extrem stromsparenden Eigenortung im Bereich ressourcenlimitierter drahtloser Sensornetze und Internet of Things für den Einsatz in nahezu allen Ländern der Welt liefert. -
Entwicklung eines PDMS-basierten Mikrofluidiksystems
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2017 -
Radio Frequency Identification 2 - RFID_2
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: IndustrieDasKooperationsprojekt zwischen dem Fraunhofer IIS und dem LIKE hat neben derIdentifizierung von Objekten auch deren Steuerung und Lokalisierung durch LF-RFID-(„LowFrequency Radio Frequency Identification Systems“)-Technologien zum Ziel. Eswird an Verfahren geforscht, die es erlauben, mehrdimensionale Antennenfelderdurch Informationen zu steuern, die aus den Übertragungsprotokollen zwischenTransponder und Lesestation gewonnen werden. Weitere unterstützendeForschungsaktivitäten seitens des LIKE liegen im Bereich der Logistik zurVerbesserung der „Supply Chain“ mittels „intelligenter Transportbehälter“. Eswerden Beratungsleistungen erbracht und prototypische Anwendungssystemeentwickelt und implementiert.
Ziele des Forschungsprojektes:
DasForschungsprojekt umfasst die Untersuchung der theoretischen Leistungsfähigkeitinduktiver Identifikations- und Lokalisierungssysteme in oben genanntenAnwendungsfeldern. Anhand mathematischer Modelle sollen Auswirkungen vonStörfaktoren auf das System analytisch bewertet werden. Nach einer umfassenden Erfassungdes Satnds der Technik sollen bestehende Verfahren die eine Lokalisierung undIdentifikation von Objekten, auch unter Einfluss von Störungen, gewährleisten, untersuchtund weiterentwickelt werden. Die zu entwickelnden Verfahren sollen mit Hilfeeines ebenfalls zu entwickelnden Systems messtechnisch verifiziert werden. AmEnde des Forschungsprojektes soll neben dem Aufbau von umfassendem Wissen überdie Grenzen und Möglichkeiten von induktiven RFID Systemen auch ein Demonstrationssystemzur Verfügung stehen.
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Untersuchungen zur Flüssigkeits-Gastrennung und Diffusion unter Anwendung poröser Medien bei kompensierter Gravitation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
FluFuPa
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 2. Dezember 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Industrie -
Iterative Rekonstruktionsmethoden mit Fokus auf abdominelle MR-Bildgebung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2016 - 30. April 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
CODE
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2016 - 30. November 2017
Mittelgeber: Industrie -
Campusmedien funklust
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2016 - 31. Mai 2017
Mittelgeber: Industrie -
Eine Methodik zur Provokation von Beinaheunfall-Situationen zur Absicherung automatisierter Fahrzeugfunktionen
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Dezember 2016 - 31. Mai 2020 -
Muskelpfade in der biomechanischen Simulation menschlicher Bewegung und MKS Einbindung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: 05M2016 - DYMARA: Ein dynamisches Manikin mit faserbasierter Modellierung der Skelettmuskulatur
Laufzeit: 1. Dezember 2016 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: BMBF / VerbundprojektDas Verbundprojekt DYMARA hat die Entwicklung eines innovativen digitalen Menschmodells (Manikins) mit detaillierter Modellierung der Skelettmuskulatur und schnellen numerischen Algorithmen zum Ziel. Mit diesem Manikin soll es möglich werden, den Menschen simulationsgestützt auf optimale Weise in sein Arbeitsumfeld zu integrieren und Ermüdungen, Erkrankungen sowie Unfälle am Arbeitsplatz zu vermeiden. Neben diesen ergonomischen Gesichtspunkten soll das Menschmodell auch zur Therapieplanung im muskulären Bereich und zur Gestaltung von Prothesen und Orthesen eingesetzt werden können. Um die Dynamik des muskuloskeletalen Systems hinreichend genau zu erfassen, wird ein Modellierungsansatz verfolgt, der auf der Methode der mechanischen Mehrkörpersysteme (MKS) basiert. Solche Modelle sind durch die Robotik inspiriert und werden bereits heute in vielen biomechanischen Anwendungsfeldern eingesetzt. Die Modellierung der Muskulatur stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar, insbesondere wenn Aspekte wie Rechenzeit auf der einen und Berücksichtigung der anatomischen und physiologischen Gegebenheiten auf der anderen Seite zu beachten sind. Hier setzen wir mit unserem Projekt an: Ein neu zu entwickelndes eindimensionales Kontinuumsmodell, das einzelne Muskelfaserbündel realitätsnah beschreibt, soll die bisher üblichen diskreten Kraftelemente im MKS-Modell ersetzen und mit schnellen, problemangepassten numerischen Algorithmen zur Berechnung von Bewegungssequenzen und zur Steuerung des Manikins kombiniert werden.
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DAAD Reisekostenbeihilfe - Eingeladener Vortrag auf dem Workshop “{Symmetry, Logic, Computation}” des Simons Institutes in Berkeley CA, USA
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 7. November 2016 - 10. November 2016
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Fachübergreifende Digitale Bildung – Kompetenzen für das Unterrichten in der digitalen Gesellschaft
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. November 2016 - 1. Oktober 2021
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/digi4allZiel des Projekts Digi4All ist die Konzeption, Ausgestaltung und Implementierung eines Online-gestützten Studienangebots zur Digitalen Bildung für Lehramtsstudierende aller Fächer und Schularten. Das Projekt greift die Ziele der Zukunftsstrategie der Bayerischen Staatsregierung zum Thema „Digitale Bildung in Schule, Hochschule und Kultur“, des KMK-Schwerpunktthemas „Bildung in der digitalen Welt“, der Digitalen Strategie 2025 des BMWi und des neuen FAU-Leitbild-Konzepts „Digitalisierung in der Lehrerbildung“ auf. Durch ein innovatives Blended-Learning-Lehr-Lern-Angebot soll ein Beitrag geleistet werden, digitale Bildung in den Lehreramtsstudiengängen aller Fächer zu verankern.
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Softwarebasierte Härtungsmaßnahmen für mobile Applikationen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2016 - 31. Oktober 2019
Mittelgeber: Industrie -
Workshop "Mobile eye imaging and remote diagnosis based on the captured image"
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 10. Oktober 2016 - 14. Oktober 2016
Mittelgeber: Industrie -
Erholungsförderung mittels Echtzeit-Erkennung des mentalen Zustands
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: seit 1. Oktober 2016The ability to relax is sometimes challenging to achieve, nevertheless it is extremely important for mental and physical health, particularly to effectively manage stress and anxiety. For this reason, we propose a virtual reality experience that integrates a wearable, low-cost EEG headband and an olfactory necklace that passively promotes relaxation.
Due to the increasing quality and availability of low-cost EEG systems they can be applied in such a scenario to measure the current level of relaxation. Therefore, we introduce new algorithms for real-time mental state recognition based on an entropy-based signal processing approach.
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Grundlagen der Informatik als Fundament eines zukunftsorientierten MINT-Studiums
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
URL: https://www2.cs.fau.de/research/GIFzuMINTS/Die zunehmende Digitalisierung aller Wissenschafts- und Lebensbereiche hat dazu geführt, dass Kompetenzen in den Grundlagen der Informatik für Studierende aller Studiengänge der Technischen Fakultät (und darüber hinaus) als essentiell erachtet werden. Für den Studienerfolg haben sich diese, typischerweise direkt in der Studieneingangsphase verorteten, Lehrveranstaltungen allerdings für viele Studierende als problematische Hürde erwiesen, die letztlich häufig zum Studienabbruch führen kann. Aus diesem Grund widmen wir uns dem Ausbau der Unterstützung von angehenden Studierenden beim Übergang Schule-Hochschule sowie während der Studieneingangsphase.
Die Projektschwerpunkte liegen hinsichtlich der Studienorientierung in der Förderung des potenziellen MINT-Nachwuchses bereits vor Studienbeginn durch regionale und überregionale Kontakte wie z.B. Unterstützung bei W-Seminaren oder Fortbildungen von Lehrerinnen und Lehrern als Multiplikatoren für die Studienwahl. Hinsichtlich des Übergangs Schule-Hochschule steht der Ausgleich unterschiedlicher Vorkenntnisse der Studienanfänger durch Repetitorien im Vordergrund. In der Studieneingangsphase liegt der Schwerpunkt in der Senkung der Abbruchquote in MINT-Studiengängen durch spezielle Intensivierungsübungen und Tutorenschulungen unter Berücksichtigung der Heterogenität.
2018 stand unter anderem die Untersuchung der Wirksamkeit aller Maßnahmen im Fokus. Untersucht wurde der Einfluss des angestiegenen Übungsgruppenangebots und der umfangreichen Unterstützung durch die Tutorinnen und Tutoren. Außerdem war die Wirksamkeitsuntersuchung hinsichtlich des Zusammenhangs von Wahrnehmung des Übungsangebots und Abbruchquote Untersuchungsgegenstand. Weiterhin wurden die Auswirkungen der Teilnahme am Repetitorium auf die Leistungen in den Übungen und in der Klausur untersucht.
Um das Ziel der Gewinnung und Qualifizierung von Lehrerinnen und Lehrern als Multiplikatoren zu erreichen, wurde das Angebot an Lehrerfortbildungen weiter ausgebaut. In diesen Fortbildungen wurden innovative Herangehensweisen, Beispiele und Inhalte für den Unterricht mit dem Ziel aufgezeigt, dass die Teilnehmerinnen und Teilnehmer das Gelernte an ihre Schülerinnen und Schüler weitervermitteln.
Ein weiteres Teilziel war die quantitative und qualitative Verbesserung der in Informatik geschriebenen W-Seminar-Arbeiten. Dazu wurde eine 24-seitige Broschüre entwickelt und an Schulen in umliegenden Landkreisen verschickt. Mit dieser Broschüre sollen Lehrkräfte bei der Gestaltung und Durchführung von W-Seminaren in der Informatik mit Themenvorschlägen, Hinweisen und einer Checkliste für die Schülerinnen und Schüler unterstützt werden.Im Jahr 2019 endete das Projekt GIFzuMINTS mit einem besonderen Höhepunkt: Am 20.05.2019 besuchte uns der bayerische Staatsminister für Wissenschaft und Kunst, Bernd Sibler, zusammen mit dem stellvertretenden Hauptgeschäftsführer der vbw bayme vbm, Dr. Christof Prechtl, um sich über den Stand des Projekts zu informieren. Wissenschaftsminister Bernd Sibler zeigte sich beim Projektbesuch beeindruckt: "Das Konzept der FAU geht passgenau auf die Anforderungen eines Informatikstudiums ein. Die jungen Studentinnen und Studenten werden dort abgeholt, wo sie stehen. Das ist exakt unser Anliegen, das wir mit MINTerAKTIV verfolgen: Wir wollen, dass jede Studentin und jeder Student die Unterstützung bekommt, die sie bzw. er braucht, um das Studium erfolgreich abschließen zu können."Bis zum Projektende wurden die entwickelten und umgesetzten Maßnahmen gründlich evaluiert und als dauerhafte Angebote etabliert. Dabei wurde das Repetitorium Informatik in ein kontinuierliches virtuelles Angebot zum Selbststudium überführt und auf den neuesten Stand der Technik aktualisiert. Das an besonders begabte Studierende gerichtete Angebot der Vorbereitung auf die Teilnahme an internationalen Programmierwettbewerben wurde ausgeweitet und als Vertiefungsmodul eingerichtet. Damit die begonnenen Maßnahmen auch zukünftig reibungslos weitergeführt werden können, wurde bereits frühzeitig die Aufnahme in das anschließende Förderprojekt beantragt, das zukünftig als CS4MINTS auch bewilligt wurde. -
Erstellung eines Handbuchs zur Open-Source-Governance Phase 1
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2017
Mittelgeber: Industrie -
SEBM process development for UN3S for the fabrication of inlet guide vane (IGV) blades
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2019
Mittelgeber: Industrie -
Quellentrennung und Restauration von Schlagzeugklängen in Musikaufnahmen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 31. März 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Klangquellentrennung für Musiksignale zielt darauf ab, eine digitalisierte Musikaufnahme in zugrundeliegende Signalkomponenten zu zerlegen. Ein Hauptproblem liegt darin, dass unter Umständen deutlich hörbare Artefakte in den separierten Signalkomponenten entstehen können. In dem vorliegenden Projekt sollen Techniken und Algorithmen entwickelt werden, die sich zur perzeptuell hochwertigen Abtrennung und Zerlegung von schlagzeugartigen Klangquellen eignen. Diese allgemeine Aufgabenstellung soll systematisch durch Betrachtung von in Beziehung stehenden Teilproblemstellungen angegangen werden. Als ein erstes Teilproblem sollen Verfahren zur kaskadierten Zerlegung von Musikaufnahmen in harmonische, perkussive, transiente und weitere Mid-Level-Komponenten entwickelt werden. Eine zweite Aufgabenstellung besteht in der Zerlegung von Schlagzeugaufnahmen in individuelle Schlagzeugklangkomponenten unter Berücksichtigung spezifischer Eigenschaften der beteiligten Instrumente. Insbesondere soll als zentral Methodik dieses Projekts die als "Non-Negative Matrix Factor Deconvolution" bekannte Technik adaptiert und erweitert werden. Hierbei soll systematisch untersucht werden, wie sich Audio- und Notentext-basierte Seiteninformation generieren, integrieren und zur Steuerung der Zerlegung ausnutzen lässt. Als eine weitere wichtige Aufgabenstellung sollen datengetriebene Restaurationsverfahren zur Reduktion von Übersprechen und anderen ungewünschten Artefakten erforscht werden. Die unterschiedlichen Ansätze zur Signalzerlegung und -rekonstruktion sind anhand zwei konkreter Aufgabenstellungen zu testen und zu evaluieren: Zum einen soll eine Anwendung zur Audioeditierung (Zerlegung und "Remixen" von Breakbeats) und zum anderen ein Musikanalyseproblem (Swing-Analyse in Jazzmusik) betrachtet werden. Durch die Entwicklung neuartiger algorithmischer Ansätze zur Klangquellentrennung soll das vorliegende Projekt zur Grundlagenforschung mit konkretem Praxisbezug beitragen.
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Etablierung eines experimentellen und analytischen Verfahrens zur Untersuchung der Expressionskontrolle von Glycin Rezeptor Chlorid Kanälen
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Identifizierung von Leitmolekülen und Biomarkern für die Diagnose und Therapie neurologischer Erkrankungen(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2017
Mittelgeber: Staedtler-StiftungGlycin Rezeptor Chlorid Kanäle (GlyR) vermitteln imzentralen Nervensystem (ZNS) zusammen mit GABA Typ-A Rezeptoren eine „Dämpfung“von Nervensignalen - die sog. inhibitorische Neurotransmission - und sie regulierendamit substantielle neurologische Funktionen. GlyR bestehen aus α (α1–α3) und β Untereinheiten, welche αβ heteromere- oder α homomere Chlorid Kanäle bilden. Die Kombination dieser Untereinheiten bestimmtdie funktionellen Eigenschaften der Kanäle. Sie variiert während derEntwicklung des ZNS, zwischen Zellen unterschiedlicher Gewebe sowie infolgepathophysiologischer Einflüsse. Wird die physiologische, d.h. korrekte Kombinationder GlyR Untereinheiten, durch einen Eingriff in intrazelluläre genetische Kontrollnetzwerkez.B. durch Gifte oder Mutationen gestört, können schwerwiegende neurologischeLeiden die Folge sein. Bisher existiert kein Verfahren, welches es ermöglicht, dieKombination der GlyR Kanaluntereinheiten systematisch in großangelegten StudienZeit und Kosten-effizient zu analysieren und hiermit potentielle Ursachen fürGlyR-assoziierte neurologische Leiden aufzuspüren. Dieser Umstand ist mitunter daraufzurückzuführen, dass Methoden, die eine Untersuchung der Genexpressioneinzelner GlyR Kanaluntereinheiten erlauben, wie z.B. quantitative PCR , zwareinen großen experimentellen Durchsatz ermöglichen, aber keine Aussage zuphysiologischen Eigenschaften der Proteine zulassen. Konventionelle Methodenzur Analyse der funktionellen Eigenschaften von GlyR hingegen erlauben nureinen geringen experimentellen Durchsatz und basieren i.d.R. auf der Verwendungvon artifiziellen Zellmodellen. Sie sinddaher nicht für großangelegte und human-spezifische Studien geeignet.
Um die Schwächen der o.g.konventionellen Methoden zu überwinden, soll im Rahmen des hier zur Förderungbeantragten Projekts ein Verfahren etabliert werden, welches systematischeStudien zur Analyse der Expressionskontrolle von GlyR ermöglicht. Hierbei solleine rekombinante humane Zelllinie zum Einsatz kommen, die in einem zuvor durchdie Staedtler Stiftung geförderten Projekt etabliert wurde. In dieser Zellliniesoll die Expression und Assemblierung unterschiedlicher GlyRKanaluntereinheiten gezielt gestört- und die Auswirkung des Eingreifens auf dieKanalfunktion mit Hilfe eines neuartigen, Fluoreszenz-basierten Verfahrens zurHochdurchsatzanalyse von GlyR analysiert werden. Die mit demFluoreszenz-basierten Verfahren erhobenen Messdaten sollen mit qPCR-gestützenExpressionsanalysen abgeglichen und das Verfahren hierdurch validiert werden.Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie mit einer Molekülbibliothek (~750Substanzen) soll das Verfahren für einen Einsatz im Hochdurchsatz Formatoptimiert- und für weiterführende und großangelegte z.B. Genom-weite RNAi (RNAInterferenz) Studien, optimiert werden. IdentifizierteGene lassen sich als Biomarker in der Diagnostik und als pharmazeutischeTargets in der therapeutischen personalisierten Medizin verwenden. ChemischeModulatoren eignen sich als Leitstrukturen für die Entwicklung neuartigerTherapeutika sowie als Werkzeuge für die Forschung an GlyR.
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Spinodal entmischende Glaskeramik mit maßgeschneiderten porösen, thermischen und dielektrischen Eigenschaften
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Oktober 2016
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Im Projekt wird ein neuartiges glasskeramisches Material entwickelt, das nach einem nasschemischen Ätzvorgang eine definierte, nanoskalige Porosität aufweisen soll. Die Materialzusammensetzung wird dabei derartig gewählt, dass bei einer bestimmten Annealing-Temperatur eine spinodale Entmischung auftritt, bei der eine zusätzliche, selektiv ätzbare Phase entsteht. Das Material wird im Foliengießverfahren verarbeitet. Dazu wird die Materialmischung als Suspension aufbereitet und in eine bestimmte Foliendicke gegossen.Die geometrische Form und Größe der entstehenden Phase hängt hauptsächlich von der Temperaturbehandlung ab, ebenso die Homogenität der Verteilung. Als potentielle Gläser stehen einige zur Verfügung, die auf die Eignung für diesen Prozess in Erlangen untersucht werden. Nach dem Sintern wird die neu entstandene Phase selektiv nasschemisch herausgeätzt, wodurch ein maßgeschneiderter Porositätsgrad eingestellt werden kann.Entsprechend des Porositätsgrades und der Porengröße wird eine geeignete Dünnfilmmetallisierung entwickelt, die die Poren überdeckt und zum Beispiel als Heizerelement geeignet ist. Dementsprechend wird die Metallisierung auf ihre elektrischen Eigenschaften, sowie ihrer Langzeitstabilität untersucht.Als Demonstrator wird ein Pirani-Drucksensorelement aufgebaut, mit dem die niedrige thermische Leitfähigkeit des entwickelten Materials gezeigt werden soll. Des Weiteren wird die Permittivität des Materials untersucht, die ebenfalls eine wichtige Eigenschaft poröser, dielektrischer Materialien ist. -
Conti Source Phase 1
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Industrie -
Messung und Auswertung von Patch-Flow bei Siemens Healthcare Phase 2
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
Traceable three-dimensional nanometrology
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Traceable three-dimensional nanometrology
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2019
Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
URL: https://www.ptb.de/emrp/15sib09-home.htmlThe overall goal of this project is to meet current and future requirements for traceable 3 dimensional (3D) metrology at the nanometre level with measurement uncertainties below 1 nm. To achieve this requires new routes for traceability, further developments of existing instruments and validated 3D measurement procedures. Additionally, new calibration artefacts must be developed and made available to industry as traceable reference standards to enable valid comparison of fabrication and measurement results, and establish a robust basis for design of objects with traceable nanoscale dimensions and tolerances.
Scanning Probe Microscopes (SPMs) available in national metrology institutes (NMIs) have low uncertainties, are traceable to the SI-metre and significantly outperform commercial SPMs in accuracy. However, there is a large gap between SPMs and the rest of 3D metrology. Conventional 3D metrology is based on coordinate measuring machines (CMMs) that have been significantly improved in recent decades e.g. micro CMMs, therefore they can reach almost nanometre level uncertainties. SPM technology has the potential to offer even lower uncertainties. However, the measuring principle, measurand definitions and current written standards are still very far from what could be used for 3D measurements, which explains the use of the term 2.5D for SPM techniques. The aim of the project is to further develop SPM instrumentation, measurement procedures, data interpretation and reference materials to bridge this gap, as proper understanding of probe-sample interactions is crucial for the reduction of measurement uncertainty. -
Programme Making Special Events - Next Generation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 31. März 2018
Mittelgeber: Bundesministerien -
Aufbau und Erweiterung von Strukturen und Prozessen zur Entwicklung von Inner Source Phase 2
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
Kombinierte Optimierung, Simulation und Netzanalyse des elektrischen Energiesystems im europäischen Kontext
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Oktober 2016 - 30. September 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Mit den Beschlüssen der deutschen Bundesregierung zur Energiewende wird die deutsche Energieversorgung nachhaltig umgestaltet. Ein Hauptziel ist dabei, eine der umweltschonendsten und energiesparendsten Volkswirtschaften bei gleichzeitig wettbewerbsfähigen Energiepreisen zu werden. Hierfür bedarf es der Unterstützung von erweiterten Analysesystemen, die sowohl die technischen als auch marktregulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen gleichermaßen berücksichtigen. Gerade auf technischer Seite wird in existierenden Energiesystemanalysemodellen die Modellierung des Übertragungs- und Verteilnetzes häufig vernachlässigt oder stark vereinfachend durchgeführt.Dies motivierte die an der FAU Erlangen-Nürnberg durchgeführten Vorarbeiten der vergangenen Jahre (Energiesystemanalyse Bayern"), mit denen ein ganzheitlicher systemorientierter Modellierungsansatz für das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands zunächst mit Fokus auf den Freistaat Bayern entwickelt wurde. In dieser Modellierung wurden das Hoch- und Höchstspannungsnetz mit konventionellen Kraftwerken und Einspeisungen aus regenerativen Energieanlagen unter den bisherigen Marktmechanismen in Deutschland abgebildet. Mit Hilfe der erstellten Modelle wurden für das Bundesland Bayern Aussagen, u.a. über einen kostenoptimalen Kraftwerks-, Netz- und Speicherausbau oder die Entwicklung von CO2 -Emissionen abgeleitet. Das Gesamtmodell beinhaltet Teilmodelle zur Optimierung (Ermittlung von kostenminimalen Ausbauszenarien), zur Simulation (stochastische Simulation von unterschiedlichen Szenarien mit hoher zeitlicher Auflösung und hoher Detailtiefe) und zur Netzsystemanalyse (quasistationäre AC-Lastflussberechnungen) zur Überprüfung der erforderlichen Netzplanungskriterien und eines sicheren Systembetriebs.Im Rahmen des vom BMWi geförderten Vorhabens KOSiNeK wird basierend auf den geleisteten Vorarbeiten das elektrische Energieversorgungssystem Deutschlands und seiner europäischen Nachbarstaaten abgebildet. Dies führt zu Modellen von hoher Komplexität. Um dieser Komplexität Rechnung zu tragen, sind neue methodische Ansätze sowie die Weiterentwicklung bestehender Ansätze aus der Mathematik, Informatik und Netzanalyse notwendig, welche zudem iterativ gekoppelt werden. Durch diese iterative Kopplung der Modelle ist es zum einen möglich, technische und wirtschaftliche Aspekte hinsichtlich der Steuerung von Kraftwerken sehr detailliert abzubilden, zum anderen ist es auch möglich, netzregulatorische Vorgaben exakt zu berücksichtigen und somit die Systemsicherheit zu gewährleisten. Darüber hinaus können Energiemärkte einschließlich ihrer regulatorischen Rahmenbedingungen im europäischen Kontext untersucht werden. Durch den flexiblen und komponentenbasierten Modellaufbau können die Einflüsse neuer Marktmechanismen wie z.B. die Aufteilung Deutschlands in Preiszonen oder sich ändernde Börsen- bzw. Fördermechanismen mit einem detaillierten, agentenbasierten Marktmodell studiert werden. Dies ist durch die zu entwickelnden Mehrpunktmodellansätze und die Abbildung einzelner, jeweils optimiert handelnder Marktakteure möglich. Für die integrierte Netzanalyse wird das kontinentaleuropäische Verbundnetz in Form von Netzäquivalenten nachgebildet. Zur Bewertung der Netzausbauszenarien wird ein neuartiger probabilistischer Ansatz entwickelt.
Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung beim Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms für das Projekt KOSiNeK (Förderkennzeichen: 03ET4035).
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Massive M2M
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. September 2016 - 14. September 2018
Mittelgeber: IndustrieKonzepte für die robuste und energieeffiziente drahtlose Kommunikation werden für zukünftigeAnwendungen deutlich an Bedeutung gewinnen. Beispiele hierfür sind die Kommunikation für das Internetder Dinge, die Industrie 4.0 oder die Vernetze Mobilität.
Neben den proprietären Funksystemen (LoRa, Sigfox, etc.) steht auch der Mobilfunk wieder mehr imFokus der Industrie. Im zukünftigen 3GPP Release 14 sollen umfangreiche Optionen zur Unterstützungder oben genannten Beispiele integriert werden. Am Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen IIS inErlangen werden daher eine Reihe von Projekten auf diesem Gebiet durchgeführt.
Der Lehrstuhl für Informationstechnik (LIKE) unterstützt die angewandte Forschung am IIS durchBereitstellung von zusätzlichen Forschungsaktivitäten, durch Beratungsleistung im Allgemeinen undspeziell zu folgenden Aufgabengebieten:
- Entwicklung von neuen Ansätzen für die effiziente und robuste Kommunikation in zukünftigenMobilfunknetzen durch Random Access Verfahren
- Optimierungen der Synchronisation bei fragmentierter Datenübertragung
- Optimierungen des Vorwärtsfehlerschutzes bei fragmentierter Datenübertragung und SuccessiveInterference Cancellation
- Aufbau von Demonstratoren zum Nachweis der Leitungsfähigkeit der entwickelten VerfahrenEinbringen der entwickelten Konzepte in die internationale Standardisierung (IEEE, ETSI, 3GPP)
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Versuchsaufbau Dynamische Lichtstreuung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2016 - 31. Januar 2017
Mittelgeber: Industrie -
European Training for Coordinate Metrology 4.0
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: European Training for Coordinate Metrology 4.0
Laufzeit: 1. September 2016 - 31. August 2019
Mittelgeber: Programm für Lebenslanges Lernen / ErasmusThe project will offer new high-quality learning opportunities for lifelong education on innovative measuring technologies (including: Industrial Computed Tomography, Fringe-projection & Reverse Engineering).
To enhance access for all, the learning material will be distributed adapting to the individual learning style. Learners will select the preferred tool (tablets, web-based learning platforms or printouts) for the best learning experience.
Practical work using measuring equipment will be part of the education: this is vital for successful VET in Coordinate Metrology. A learner-centered approach and industrial case studies will be used to motivate learners and let them understand the industrial relevance of the topic.
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Selektives Elektronenstrahlschmelzen von katalytisch aktiven Materialien auf Kupfer-Basis
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2016 - 31. August 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Als Raney-Kupfer wird ein Katalysator bezeichnet der aus Kupferlegierungen hergestellt wird, die mindestens eine unedlere Spezies als Kupfer (z.B. Zink) enthalten. Nach einer schmelzmetallurgischen Herstellung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit kann das unedlere Element durch einen Auslaugungsprozess entfernt werden. Zurück bleibt eine nanoporöse Kupferoberfläche.
Im Raney-Kupfer-Projekt soll eine solche katalytisch aktivierbare Kupferbasislegierung im Prozess des selektiven Elektronenstrahlschmelzens (SEBM) verarbeitet werden. Das Ziel ist es dabei die hohen realisierbaren Abkühlgeschwindigkeiten und die geometrische Freiheit des SEBM-Prozesses dazu zu verwenden periodische zellulare Katalysatorstrukturen zu fertigen. Diese Strukturen werden dann mittels einer nasschemischen Laugung in eine nanoporöse, katalytisch aktive Oberfläche überführt und für die Methanol-Synthese eingesetzt. Im Gegensatz zu den bisher gefertigten zellularen metallischen Trägerstrukturen bedarf es im Fall der Raney-Kupfer-Strukturen keiner zusätzlichen Tauchbeschichtung mit aktiven Spezies wie z.B. Palladium.
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Entwicklung eines Information Management Systems zur automatisierten Qualitätskontrolle in der Radio-Onkologie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. August 2016 - 14. August 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Die Radio-Onkologie hat in den letzten Jahren einen deutlichen technologischen Aufschwung erfahren. Dies führte zu einer erheblichen Zunahme der Komplexität und damit einhergehend einer massiven Ausweitung der Datenmenge. In der Folge gab es mehrere folgenschwere Serien von Unfällen, mit zum Teil tödlichem Ausgang. Bislang werden allerdings im Qualitätsmanagement nur wenige Schritte des Strahlentherapie-Workflows automatisch betrachtet.Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines integrierten, umfassenden Qualitätsmanagement-Informationssystems zur Fehlervermeidung. Basierend auf Qualitätsindizes bildet es den Workflow in der Radio-Onkologie umfassend ab, arbeitet im Hintergrund und erfordert eine Anwenderinteraktion nur im Fehlerfall. Mögliche Fehlerfälle werden mittels Data Mining, Benchmarking und maschinellem Lernen sowie durch Modelle zur pro-aktiven Generierung von Voraussagen und Unterstützung der Entscheidungsunterstützung vorausschauend erkannt. Ultimatives Ziel ist daher nicht das Fehlermanagement sondern die pro-aktive Fehlervermeidung. -
FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2016 - 31. Juli 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/2nd-generation-fuels/flexsofc/Die Kopplung von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) und Biomassevergasersystemen ist ein hochintegrativer Ansatz für die dezentrale Bereitstellung von Strom und Wärme. Dabei wird energiereiches biogenes Gas mit einem hohen elektr. Wirkungsgrad (bis zu 50 %) elektrochemisch umgesetzt. Die hohe Arbeitstemperatur an der Nickelanode der Brennstoffzelle (850 °C) begünstigt zusätzlich die Reformierung von langkettigen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Teeren, die sonst üblicherweise aufwendig abgetrennt werden müssten.
In vorangegangenen Projekten stellte sich heraus, dass die schwankende biogene Gasqualität problematisch für den Betrieb der Brennstoffzelle sein kann. Unterschreitet das Gas einen gewissen Brennwert, so steigt die Brennstoffausnutzung innerhalb des Brennstoffzellenstacks unzulässig an. Die Folge sind lokale Reoxidationserscheinungen an der Nickelanode, welche die Zelle nachhaltig schädigen. Aufgrund dieser Problematik wurden bisherige SOFC Dauertests mit Holzgas stets mit sehr geringen Brennstoffausnutzungen (30 %) betrieben. Die sichere Realisierung eines höheren Brennstoffausnutzungsgrad führt zu einer deutlich höheren Leistungsdichte und damit zu einem wirtschaftlicheren Betrieb.
Im vom BMWi seit August 2016 geförderten Projekt FlexSOFC wird eine Möglichkeit untersucht, kritische Betriebszustände online zu identifizieren. Ein speziell entwickelter Leistungswechselrichter des Kooperationspartners NOVUM Engineering GmbH ermöglicht die rauscharme Aufzeichnung von Impedanzspektren während des SOFC-Betriebs. Aus den Impedanzspektrogrammen lassen sich Kenngrößen ableiten, die den momentanen Zellzustand beschreiben.
Ein am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik bestehender 1 kW Stackprüfstand wird im Laufe des Projekts so umgerüstet, dass synthetische Holzgasschwankungen impedanzdiagnostisch erfasst und regelungstechnisch entgegengewirkt werden können.
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Studie zum Thema "Defektspalten/Defektreihen"
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2016 - 31. Januar 2017
Mittelgeber: Industrie -
Versuchsaufbau zur Anwendung der Dynamischen Lichtstreuung unter homodynen und heterodynen Messbedingungen sowie unter einem Streulichtwinkel von 90°
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2016 - 31. Dezember 2016
Mittelgeber: Industrie -
Digital Vision Trainer
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2016 - 31. Juli 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines digitalen, visuell-perzeptiven Lernsystems (D-VPL) mit Gestensteuerung und telemedizinischer Anbindung an Augenärzte für sehbehinderte Senioren, zur Demenzprophylaxe und für Patienten nach Schädel-Hirn-Trauma. Die Nutzer werden per Gestensteuerung auf bewegte Formen reagieren, die in einer virtuellen Realität oder auf einem Stereo-Bildschirm präsentiert werden. Durch Kombination von D-VPL und Gestensteuerung (motorische Interaktion) wird ein Dual-Task-Training erreicht, und durch die telemedizinische Anbindung werden Anwendungen in ärztlichen Einrichtungen, Seniorenresidenzen sowie Reha-Zentren ermöglicht.
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Weiterentwicklung in der interferometrischen Röntgenbildgebung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Analyse und Modellierung der gerichteten lokalen Formluftströmung auf den Thermoformprozess
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Ein weit verbreitetes, kostengünstiges Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Kunststoffformkörpern aus planen Halbzeug ist das Thermoformen. Es dient der Fertigung von technischen Bauteilen sowie Verpackungen. Nicht zuletzt aufgrund des hohen Ressourcenbedarfs für Verpackungen (70 % des weltweiten Kunststoffverbrauchs), besteht aus ökonomischen und ökologischen Aspekten ein stetiger Bedarf nach materialsparenden Technologien und Verfahren.
Im Zuge des Thermoformenprozesses wird das Halbzeug, z. B. Folie, erwärmt und anschließend durch Über- oder Unterdruck umgeformt. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt in der Herstellung vergleichsweise dünnwandiger Formteile, bei geringem Materialeinsatz. Allerdings besteht derzeit keine Möglichkeit die Wanddicke bzw. deren -verteilung entsprechend der Anforderungen an das Formteil zufriedenstellend zu beeinflussen.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll unter Ausnutzung der temperaturabhängigen Eigenschaften der Folie gezeigt werden, dass eine lokal gerichtete Aufbringung der Formluft und dadurch erzeugte Druck- und Temperaturunterschiede von 0,5 bar sowie 50 K auf der Folie, eine gezielte Beeinflussung der Wanddickenverteilung ermöglicht. Es wird erwartet, dass der Materialeinsatz somit bei gleichbleibenden Eigenschaften des Formteils um bis zu 15 % verringert werden kann. Die Aufbereitung der Ergebnisse in einer Richtlinie gewährleistet eine schnelle Überführung in die Unternehmen und verschafft diesen einen Vorteil auf dem wettbewerbsintensiven Verpackungsmittelmarkt, insbesondere mit Niedriglohnländern.
Die komplexen Zusammenhänge von Prozessparametern, nichtlinearen Polymereigenschaften und Strömungsbedingungen erfordern eine fachübergreifende wissenschaftliche Zusammenarbeit, die von Seiten des KMU-geprägten Verpackungsmaschinenbaus nicht zu leisten ist. Es ist somit erforderlich, dassentsprechende Grundlagen durch interdisziplinäre Forschung erarbeitet und für die industrielle Anwendung aufbereitet werden.
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Analyse prozessnaher Einflüsse auf das Rückfederungsverhalten von Blechwerkstoffen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
3D-Objekterkennung in einer von mehreren Kameras beobachteten Szene
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: Industrie -
Synchronisationskonzepte für die MIOTY-Wellenform
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2017
Mittelgeber: Industrie- DieErstellung von verbesserten Algorithmen zur Detektion und Synchronisation von Telegrammen im interferenzfreienUbertragungskanal
- Entwicklungvon Interferenzmodellen für lizenzfreie Bänder auf Basis vorhandener Messdaten
- Erstellung von verbesserten Algorithmen zurDetektion und Synchronisation von Telegrammen mit Interferenzen imÜbertragungskanal
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Modellgestützte Auswertung von Diffusionsexperimenten an binären Gasgemischen in einer Loschmidt-Zelle
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. November 2017
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Charakterisierung von Mikroemulsionen mittels Dynamischer Lichtstreuung (DLS) und Ramanspektroskopie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Polyurethan-Nanoschaum aus Treibmittel-basierten Mikroemulsionen zur Hochleistungswärmedämmung
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Polyurethanschäume vereinen schon heute eine geringe Wärmeleitfähigkeit (λ ~ 20 mW/m*K) mit optimalen mechanischen Eigenschaften. Weiterhin besteht eine gut entwickelte industrielle Infrastruktur, um die Herstell-verfahren für Polyurethan(PU)-Rohstoffe (Polyole und Isocyanate) vergleichsweise preisgünstig zu halten. Im Gegensatz zu den meisten etablierten Wärmedämmmaterialien weist PU weiteres Innovationspotential für eine wesentliche Reduktion der effektiven Wärmeleitfähigkeit auf. Im Projekt soll ein neuer Ansatz verfolgt werden, um den λ-Wert von PU-Schäumen auf deutlich unter 15 mW/m*K zu senken.
Ziel dieses Teilvorhabens ist der Erkenntnisgewinn über die Struktur und Zusammensetzung der zur Herstellung von PU-Schäumen dienenden Mikroemulsionen.
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Quantifizierung der Fett-Säuren-Zusammensetzung in der Leber sowie Optimierung der zugehörigen Akquisitions- und Rekonstruktionstechniken
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Juni 2016 - 14. Juni 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Zusammenarbeit auf dem Gebiet der 3D-Modellierung von Koronararterien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. Juni 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
FAITH Forensic Analysis In The Hypervisor
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Detektion maliziöser Systemzustände, Visualisierung, forensische Aufbereitung und Meldung von Sicherheitsvorfällen
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Theorie und Simulation der Versetzungsbewegung in einphastigen hochentropischen Legierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ungeordnete Mischkristalle, die mehr als 4 Komponenten in nahezu gleichen Anteilen enthalten, werden als Hochentropische Legierungen (High Entropy Alloys, im folgenden HEAs) bezeichnet. Sie bilden eine neue Materialklasse mit großem Potential für die Entwicklung neuer Legierungssysteme. Die Kombination von hoher Festigkeit, Härte und Duktilität sowie Korrosions- und Abriebfestigkeit macht HEAs zu aussichtsreichen Kandidaten für Anwendungen als Hochleistungs-Strukturwerkstoffe. Die hohe Festigkeit wird generell als eine extreme Form der Mischkristallhärtung interpretiert. Allerdings sind konventionelle Theorien der Mischkristallhärtung (Unterscheidung Matrix/Fremdatome) für HEAs nicht adäquat: Die Kombination kristalliner geometrischer Ordnung mit chemischer Unordnung erfordert neue theoretische Ansätze auch im Hinblick auf Versetzungsbewegung und Plastizität.Ziel des Antrags ist es, zu einem grundlegenden Verständnis der Versetzungsgleitbewegung und -plastizität in HEAs zu gelangen: Was folgt aus den neuartigen atomaren Mikrostrukturen für die Versetzungsbewegung, und wie lässt sich die entsprechende Temperatur- und Spannungsabhängigkeit des plastischen Verformungsverhaltens theoretisch analysieren und vorhersagen? Hierzu wird ein Vielskalenansatz vorgeschlagen, bei dem zunächst die Energielandschaft, in der die Versetzungsbewegung in HEAs stattfindet, auf mikroskopischer Skala durch atomistische Simulationen untersucht wird. Diese Landschaft wird durch statistische Kenngrößen (Barrierenstatistik, Korrelationsfunktionen) charakterisiert. Die gewonnene Information wird dann in eine mesoskalige Simulation mit der Methode der diskreten Versetzungsdynamik eingebracht, in der die atomaren Barrieren als stochastisches Hindernisfeld modelliert werden. Die Kombination atomistischer und mesoskaliger Simulationsmethoden ist erforderlich, um die komplexen, räumlich ausgedehnten Energiebarrieren zu erfassen, welche durch Anpassung wechselwirkender Versetzungslinien an atomare Hinderniskonfigurationen entstehen und die thermisch aktivierte Versetzungsbewegung bestimmen. Simulationen bei statischer Atomkonfiguration werden durch Monte-Carlo Simulationen zur Modellierung diffusiver Alterungsprozesse ergänzt. Hier können Platzwechsel von Atomen im Versetzungskern zu einer Verringerung der Versetzungsenergie und einer mit der Zeit anwachsenden Hinderniswirkung führen. Im Zusammenspiel mit spannungsgetriebener Versetzungsbewegung kann es dann zu dynamischer Reckalterung und PLC-ähnlichen Phänomenen kommen.Hauptanliegen unserer Untersuchung, die sich zunächst auf Modellsysteme konzentriert, ist es, ein Methodeninstrumentarium für die computergestützte Vorhersage der Versetzungsplastizität in HEAs bereitzustellen. Das ist auch deshalb wichtig, weil das Entwicklungspotenzial, das sich aus der chemischen Variabilität von HEA-Systemen ergibt, wohl nur durch Einsatz computergestützter Methoden der Legierungsentwicklung voll realisiert werden kann. -
Metrology for additively manufactured medical implants
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Metrology for additively manufactured medical implants
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
URL: https://www.euramet.org/research-innovation/search-research-projects/details/?eurametCtcp_project_show[project]=1422&eurametAdditive manufacturing (AM) offers an effective solution in the medical sector. It enables the production, on demand, of customised implants which match the patient’s anatomy, with grafts that promote bone growth, as well as surgical guides that help the surgeons. The objective of this project is to provide a comprehensive basis to enable the safe use of medical AM products. Therefore, within this project off-the-shelf medical devices, patient specific guides and implants manufactured from patient image or numerical model will be qualified. This will guarantee their reliability to notified bodies and facilitate acceptance of AM in the medical sector.
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Maßschneidern des elektromechanischen Verhaltens bleifreier Keramik/Keramik- Kompositferroelektrika
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Juli 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Für bleifreie Perowskit-Ferroelektrika wurden vielversprechende elektromechanische Eigenschaften gezeigt, die diejenigen von bleihaltigem PZT übertreffen. Vor der kommerziellen Anwendung müssen jedoch bestimmte Hindernisse, wie große Polungsfelder oder erhebliche ferroelektrische Hysteresen, überwunden werden. Die größten unipolaren Dehnungen wurden in Materialien, die auf (Bi0.5Na0.5)TiO3 basieren, beobachtet. Es wird davon ausgegangen, dass diese beruhen auf vom elektrischen Feld induzierten Phasenübergängen, und zwar von einer makroskopisch nichtpolaren (ergodischer Relaxor) zu einer makroskopisch polaren (Ferroelektrikum) Ordnung. Solche Phasenübergänge können durch Temperatur oder Materialzusammensetzung beeinflusst werden. Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass die elektromechanischen Eigenschaften durch gezielte Kontrolle der Mikrostruktur, d.h. Kompositaufbau, verbessert werden können. Es fehlt jedoch an Verständnis, wie lokale Effekte und Bulk-Materialeigenschaften ferroelektrische Komposite beeinflussen. Daher ist es das vorrangige Ziel dieses Projektes, die Bedeutung von elektrischer Leitfähigkeit, Grenzflächenregionen und lokalen mechanischen Feldern für das makroskopische Materialverhalten bleifreier Ferroelektrika zu verstehen, und zwar mittels einer sich ergänzenden Kombination von experimenteller Charakterisierung und Simulationen.
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Nichtrigide Registrierung von 3D DSA mit präoperativen Volumendaten, um intraoperativen Brainshift bei offender Schädel-OP zu korrigieren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Navigationsunterstützung in röhrenförmigen Strukturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Virtual Engineering in der Entwicklung und Optimierung von statischen Zerstäubungsdüsen für die Niederdruckreinigung filmischer Verschmutzungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
URL: https://www.for2271.tf.fau.de/Das Begreifen geometrischer Bauteilabweichungen und deren fertigungs- und montagebedingter Ursachen sowie die Erforschung der Folgen dieser Abweichungen für die Funktion und Qualität technischer Produkte stellt den Rahmen der Forschungsgruppe „Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden“ dar. Diese hat sich zum Ziel gesetzt, ganzheitliche Vorgehensweisen und effiziente Werkzeuge für die umfassende Steuerung geometrischer Abweichungen im Produktentstehungsprozess bereitzustellen und anhand einer Modellfabrik zu validieren. Hierbei wird besonderer Fokus auf die Erarbeitung einer Vorgehensweise für die nutzbringende Kooperation aller am Toleranzmanagementprozess beteiligter Bereiche von der Produktentwicklung, Fertigung, Montage bis hin zur Messtechnik gelegt, die es Unternehmen ermöglicht, gezielt und schnell funktions-, fertigungs- und prüfgerechte Toleranzen zu spezifizieren und so Kosten zu sparen sowie die Produktentstehungszeit zu verkürzen. Hierbei ist es die Vision der Forschungsgruppe, die enge Zusammenarbeit von Produktentwicklung, Fertigung, Montage und Metrologie bei der rechnerunterstützten Toleranzvergabe, d. h. die gemeinschaftliche Erarbeitung fertigungs-, prüf- und funktionsgerechter Toleranzen, zu ermöglichen. Durch diese enge Zusammenarbeit lassen sich alle fertigungs- und montagebedingten Ursachen für spätere Funktionseinschränkungen und Qualitätsminderungen identifizieren und bereits in frühen Phasen der virtuellen Produkt- und Prozessentwicklung berücksichtigen. Dies ermöglicht einerseits die effiziente Toleranzvergabe und andererseits die Ableitung von funktions- und abweichungsoptimierten Prüfplänen sowie von Prozess- und Betriebsfenstern zur Entwicklung robuster Produkte, die schnell und kostengünstig hergestellt und geprüft werden können. Nachdem geometrische Bauteilabweichungen unvermeidbar sind und die Funktion und Qualität technischer Produkte erheblich beeinflussen können, ist deren Beherrschung im Produktentstehungsprozess essentiell für das Hervorbringen funktionsfähiger Produkte, die den Qualitäts- und Gebrauchsanforderungen der Kunden gerecht werden und am Markt erfolgreich sind. Aus diesem Grund ist das Toleranzmanagement eine elementare Teilaufgabe bei der Entwicklung technischer Produkte und durchdringt vielfältige Industriebranchen, von Konsum- bis hin zu Industriegütern. Aufgrund stetig steigender Qualitäts- und Effizienzanforderungen gewinnt es zudem nicht nur bei großen, sondern auch vermehrt bei kleineren und mittleren Unternehmen enorme Bedeutung. In diesem Zusammenhang trägt die industrielle Umsetzung der in der Forschungsgruppe erarbeiteten wissenschaftlichen Erkenntnisse deutlich zum Erfolg der deutschen Wirtschaft bei.
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Bestimmung der Messunsicherheit und systematischen Gestaltabweichungen für eine funktionsorientierte Toleranzvergabe
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/260682773?context=projekt&task=showDetail&id=260682773&Das Ziel dieses Teilprojektes besteht in der Etablierung von Methoden zur Bestimmung und Nutzung der Einzelpunktmessunsicherheiten bei flächenhaften Messungen zur Erfassung der zu erwartenden systematischen Gestaltabweichungen aus der Fertigung. Darauf aufbauend soll eine geeignete Methodik zur Beschreibung bzw. Approximation dieser systematischen Gestaltabweichungen mithilfe adäquater Fusions- und Ausgleichsalgorithmen entwickelt werden. Bei diesen Algorithmen ist eine Gewichtung der Einzelmesspunkte in Abhängigkeit ihrer Unsicherheit vorgesehen. Weiterhin sollen Unsicherheitsangaben für die Approximation auf Basis der Residuen und Einzelpunktunsicherheiten ermittelt werden. Mithilfe dieser Informationen erfolgt anschließend eine Optimierung der Messungen durch an die systematischen Fertigungsabweichungen und die Einzelpunktunsicherheiten angepasste Messstrategien. Dies wird durch Optimierung der Anzahl und Verteilung an Einzelpunkten im Fall taktiler Verfahren, der Anzahl und Ausrichtung der Einzelaufnahmen bei dem zu untersuchenden optisch flächenhaften Verfahren sowie durch die gewichtete Fusion von Datensätzen mit abweichenden Orientierungen des Bauteils bei volumetrisch röntgentomografischen Verfahren ermöglicht.
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Stationäre digitale Brust-Tomosynthese für Brustkrebs Vorsorgeuntersuchung - Simulation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Öl-Kältemittel-Gemische: Benetzungsverhalten und Grenzflächenspannung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Juni 2016
Mittelgeber: Stiftungen -
Dünnschicht-Transistoren mit einer neuartigen Architektur für Hochfrequenzschaltungen und Systeme
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: High Frequency Flexible Bendable Electronics for Wireless Communication Systems
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 30. Mai 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)In aktuellen Dünnschichttransistoren (Thin-Film Transistors, TFTs) werden Source- und Drainkontakte einheitlich oberhalb oder unterhalb des Halbleiters angebracht. Die Kontaktierung auf gegenüberliegenden Seiten in Alternating Contact TFTs (ACTFTs) ermöglicht neue Freiheitsgrade für Bauelementeoptimierung und -einsatz. Dieses Projekt zielt speziell auf Möglichkeiten zur kostengünstigen Realisierung von Kurzkanal-ACTFTs für den Einsatz in RF-Schaltungen ab.Mit den beiden Lehrstühlen für Elektronische Bauelemente sowie Technische Elektronik der FAU Erlangen-Nürnberg arbeiten zwei ausgewiesene Einrichtungen der Halbleiterelektronik und RF-Schaltungstechnik gemeinsam an der integrierten Entwicklung von RF-ACTFTs und daraus abgeleiteten Schaltungen und Systemen. Auf Basis von Metalloxid-TFTs werden Bauelementphysik, RF-Verhalten und neue Schaltungsansätze erforscht und neue Perspektiven für dünne, flexible Anwendungen in Industrie-, Consumer- sowie textiler/tragbarer Elektronik aufgezeigt. -
Akzeptanz und Potentiale
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SustainableGas – Szenarien für den Ausbau Erneuerbarer Gase im Wäme- und Strommarkt
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 30. November 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/energiesysteme-energiewirtschaft/sustainable-gas/Die Wärmeversorgung der BRD basiert derzeit zu etwa 50 % auf der Nutzung fossilen Erdgases. Erneuerbare Energien tragen nur mit ca. 11 % zur Wärmeversorgung bei. Für das Erreichen der Klimaschutzziele ist eine schnelle Transformation des Wärmemarktes hin zu hohen Anteilen Erneuerbarer Energien unabdingbar. Auch für die Gewährleistung langfristiger Preisstabilität und Versorgungssicherheit für die gasbasierte Wärmeversorgung ist ein Strukturwandel der Gasversorgung essentiell.
Den hohen Unsicherheiten der konventionellen Erdgasversorgung stehen zahlreiche technische Entwicklungen gegenüber, die eine Erzeugung von Erdgassubstituten aus Erneuerbaren Energien zum Ziel haben:
• „Biomethan“ durch die Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität
• Erdgaserzeugung durch Methanisierung von Synthesegas aus thermochemischer Konversion holzartiger Biomasse („Substitute Natural Gas“)
• Regenerative Wasserstofferzeugung („Power-to-Hydrogen“) sowie dessen Umsetzung in synthetisches Erdgas („Power-to-Gas“).
Zusammen mit dem Lehrstuhl für Kommunikationswissenschaften der FAU Erlangen-Nürnberg und dem Department für Geographie der LMU München werden mögliche Strategien für eine umweltverträgliche Nutzung Erneuerbarer Energien zur Erdgassubstitution für den Wärme- und Strommarkt erarbeitet. Ziel ist eine umfassende interdisziplinäre Evaluierung der derzeit publizierten Prozessketten hinsichtlich
• verfügbarer Potentiale und Kosten
• ihrer ökologischen Bewertung sowie
• deren Akzeptanz in Bevölkerung und Energiewirtschaft.
Grundlage für die Bewertung der Prozessketten ist eine agentenbasierte Simulation unterschiedlicher Ausbauszenarien bis ins Jahr 2050. Die agentenbasierte und systemdynamische Modellierung ermöglicht die Berücksichtigung von Rückkopplungen einzelner Agenten untereinander auf unterschiedlichen Systemebenen.
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Medical Image Processing for Diagnostic Applications
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2016 - 31. Mai 2017
Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern -
Digital, Semantic and Physical Analysis of Media Integrity
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 24. Mai 2016 - 23. Mai 2017
Mittelgeber: Industrie -
Entwicklung adaptiver Algorithmen in funkbasierten Lokalisierungssystemen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Mai 2016 - 31. März 2017
Mittelgeber: Industrie
URL: https://www2.cs.fau.de/research/EAAFLS/Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung adaptiver Algorithmen für den Einsatz in Funklokalisierungssystemen. Im Rahmen dieses Projekts werden drei wesentliche Themen bearbeitet:
Automatisierte Konfiguration der Ereignis-Detektoren. In vorangegangenen Forschungsprojekten wurden die Grundlagen zur Analyse verrauschter Sensordatenströme gelegt. Allerdings bestand hierbei noch das Problem, dass Ereignis-Detektoren aufwändig und genau parametrisiert werden müssen, zufriedenstellende Ergebnisse zu produzieren. Dieses Arbeitspaket betrachtet Möglichkeiten einer automatisierten Konfiguration der Ereignis-Detektoren auf Basis vorhandener Ereignis- und Sensordatenströme.
In 2016 wurden erste Konzepte untersucht, um aus einer Vielzahl vorhandener Spieldaten die optimale Konfiguration der Ereignis-Detektoren zu bestimmen. Dabei wurden in einer Fußballanwendungen Spiele und Spielszenen durch Sportwissenschaftler manuell annotiert (z.B. Spieler A tritt Ball mit linkem Fuß zum Zeitpunkt t). Diese manuell annotierten Spielszenen sollen später zur Optimierung der Parameter in der Hierarchie von Ereignisdetektoren herangezogen werden.Evaluierung von Methoden und Techniken des maschinellen Lernens für Anwendungen zur Lokalisierung. In vorhergehenden Forschungsprojekten wurden bereits erste Algorithmen des maschinellen Lernens im Kontext funkbasierter Lokalisierungssysteme entwickelt (z.B. evolutionäre Algorithmen zur Bestimmung von Antennenpositionen und -ausrichtungen). Im Rahmen dieses Arbeitspakets werden weitere Ansätze untersucht, um Lokalisierungssysteme durch derartige Methoden zu unterstützen.
Im Jahr 2016 wurden erste Ansätze evaluiert, um Teile der Positionsrechnung laufzeitbasierter Funklokalisierungssysteme durch Methoden des maschinellen Lernens zu ersetzen. Bislang werden die Rohdaten solcher Systeme durch eine Signalverarbeitungskette (Analog-Digital-Wandlung, Ankunftszeitbestimmung, Kalman-Filterung, Bewegungsanalyse) zu einer Position verrechnet. Dies erfordert einen vergleichsweise hohen Installations- und Konfigurationsaufwand für die Inbetriebnahme eines Lokalisierungssystems in der Zielumgebung und für die Zielanwendung.Evaluierung bildgebender Verfahren zur Unterstützung funkbasierter Lokalisierungssysteme. Funkbasierte Lokalisierungssysteme können ihre Stärken gegenüber Kamera-basierten Lokalisierungssystemen immer dann ausspielen, wenn es zu Verdeckungen von Objekten kommen kann. Im Gegenzug haben Funkbasierte Systeme Probleme mit metallischen Aufbauten/Oberflächen, da die Funkwellen an metallischen Oberflächen reflektiert werden und damit über mehrere Pfade an den Empfangsantennen empfangen werden. In diesem Arbeitspaket sollen Algorithmen für eine Bild-basierte Ortungskomponente entwickelt werden, um Funk-Lokalisierungssysteme bei der Positionsrechnung zu unterstützen.
In 2016 wurde damit begonnen zwei unterschiedliche Systeme zu entwickeln: CNNLok, ein System zur kamerabasierten Eigenlokalisierung von Objekten (sog. inside-out tracking), sowie InfraLok ein System zur Lokalisierung mir Kameras in der Infrastruktur (sog. outside-in tracking) auf Infrarot-Basis. CNNLok nutzt ein Convolutional Neural Network, trainiert auf einer Vielzahl von in der Zielumgebung erstellter Kamerabilder. Das Netzwerk liefert anschließend zu einem aktuellen Kamerabild die Position der Kamera (bzw. des Objektes) im Raum. InfraLok detektiert Infrarot-LEDs über ein Multi-Kamerasystem und ermittelt deren Position im Raum. -
Bildforensik: Analyse der digitalen Integrität von Bildern und Videos
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 30. April 2020
Mittelgeber: andere FörderorganisationDas Projekt beschäftigt sich mit der Analyse von Bild- und Videodaten auf Manipulationen hin. Es geht um die Frage, ob sich in digitalen Bildern oder Videos Hinweise finden lassen, die auf eine Manipulation des Inhalts deuten. Das Projekt ist Teil eines großen, von der DARPA geförderten weltweiten Forschungsverbundes, Schwerpunkt der Forschung am Lehrstuhl ist dabei die Entwicklung von Physik-basierten Verfahren, die die physikalische Plausibiltät des Bildinhaltes untersuchen, also die Konsistenz von Beleuchtung, Reflexion, Geometrie und Schatten analyisieren.
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Theorie und Simulation der Versetzungsbewegung in einphastigen hochentropischen Legierungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 30. April 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ungeordnete Mischkristalle, die mehr als 4 Komponenten in nahezu gleichen Anteilen enthalten, werden als Hochentropische Legierungen (High Entropy Alloys, im folgenden HEAs) bezeichnet. Sie bilden eine neue Materialklasse mit großem Potential für die Entwicklung neuer Legierungssysteme. Die Kombination von hoher Festigkeit, Härte und Duktilität sowie Korrosions- und Abriebfestigkeit macht HEAs zu aussichtsreichen Kandidaten für Anwendungen als Hochleistungs-Strukturwerkstoffe. Die hohe Festigkeit wird generell als eine extreme Form der Mischkristallhärtung interpretiert. Allerdings sind konventionelle Theorien der Mischkristallhärtung (Unterscheidung Matrix/Fremdatome) für HEAs nicht adäquat: Die Kombination kristalliner geometrischer Ordnung mit chemischer Unordnung erfordert neue theoretische Ansätze auch im Hinblick auf Versetzungsbewegung und Plastizität.Ziel des Antrags ist es, zu einem grundlegenden Verständnis der Versetzungsgleitbewegung und -plastizität in HEAs zu gelangen: Was folgt aus den neuartigen atomaren Mikrostrukturen für die Versetzungsbewegung, und wie lässt sich die entsprechende Temperatur- und Spannungsabhängigkeit des plastischen Verformungsverhaltens theoretisch analysieren und vorhersagen? Hierzu wird ein Vielskalenansatz vorgeschlagen, bei dem zunächst die Energielandschaft, in der die Versetzungsbewegung in HEAs stattfindet, auf mikroskopischer Skala durch atomistische Simulationen untersucht wird. Diese Landschaft wird durch statistische Kenngrößen (Barrierenstatistik, Korrelationsfunktionen) charakterisiert. Die gewonnene Information wird dann in eine mesoskalige Simulation mit der Methode der diskreten Versetzungsdynamik eingebracht, in der die atomaren Barrieren als stochastisches Hindernisfeld modelliert werden. Die Kombination atomistischer und mesoskaliger Simulationsmethoden ist erforderlich, um die komplexen, räumlich ausgedehnten Energiebarrieren zu erfassen, welche durch Anpassung wechselwirkender Versetzungslinien an atomare Hinderniskonfigurationen entstehen und die thermisch aktivierte Versetzungsbewegung bestimmen. Simulationen bei statischer Atomkonfiguration werden durch Monte-Carlo Simulationen zur Modellierung diffusiver Alterungsprozesse ergänzt. Hier können Platzwechsel von Atomen im Versetzungskern zu einer Verringerung der Versetzungsenergie und einer mit der Zeit anwachsenden Hinderniswirkung führen. Im Zusammenspiel mit spannungsgetriebener Versetzungsbewegung kann es dann zu dynamischer Reckalterung und PLC-ähnlichen Phänomenen kommen.Hauptanliegen unserer Untersuchung, die sich zunächst auf Modellsysteme konzentriert, ist es, ein Methodeninstrumentarium für die computergestützte Vorhersage der Versetzungsplastizität in HEAs bereitzustellen. Das ist auch deshalb wichtig, weil das Entwicklungspotenzial, das sich aus der chemischen Variabilität von HEA-Systemen ergibt, wohl nur durch Einsatz computergestützter Methoden der Legierungsentwicklung voll realisiert werden kann.
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Analyse der Wachstumskinetik während der Hochtemperatur-Kristallzüchtung von SiC unter Anwendung der Computertomographie zur in-situ 3D Visualisierung der Wachstumsphasengrenze
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 30. April 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Vorhaben befasst sich mit Analyse der Wachstumskinetik von einkristallinem Siliziumkarbid bei ca. 2200 °C und bezieht dabei in-situ Messdaten der Form der Phasengrenze ein, die mithilfe der 3D Computertomographie erfasst werden. Ziel sind die Ableitung eines semi-quantitativen Modells für das laterale Überwachsen von Kristalldefekten und die Aufweitung des einkristallinen Bereichs während der Hochtemperatur Gasphasenzüchtung. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die genaue Kenntnis der Position und Größe der Wachstumsfacette, der Krümmung der facettennahen Kristalloberfläche sowie deren zeitliche Veränderung während des Kristallwachstumsprozesses. Die Modellbildung bezieht dabei quantitativ die Übersättigung der Gasphase vor der Phasengrenze und den totalen Massentransportfluss ein. Die Visualisierung der Wachstumsphasengrenze erfolgt unter Anwendung der in-situ 3D Computertomographie, welche im stark gestörten Messumfeld des Kristallisationsprozesses methodisch in wesentlichen Punkten angepasst werden muss. Ziel ist es, die Form der Wachstums-Phasengrenze (Krümmung, Facettenbildung) als auch die Veränderungen im Quellenmaterial (Verbrauch, lokale Um-Sublimation, Fremdphasen) und im Züchtungstiegel (Zersetzung, Materialumwandlung) dreidimensional mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 75 µm sichtbar zu machen. Besonderes Augenmerk gilt dabei den thermischen Randbedingungen mit bis zu ca. 2700 °C als heißestem Bereich in der Kristallzüchtungsanlage. Das Forschungsprojekt bezieht sich konkret auf das hexagonale Hableitermaterial Siliziumkarbid; es ist aber zu erwarten, dass die gefundenen Ergebnisse allgemein von großem Wert für das Forschungsgebiet der Kristallzüchtung sein werden. Die grundsätzliche Machbarkeit des Vorhabens wurde in Vorarbeiten gezeigt, die bereits den rudimentären experimentellen Aufbau als Kombination aus Kristallzüchtungsreaktor, Röntgenquelle und Detektor umfassten. Die Messdaten für die 3D Rekonstruktion des wachsenden Kristalls und seiner Umgebung wurden durch kontinuierliches Drehen des inneren Aufbaus der Kristallzüchtungsanlage um dessen axiale Drehachse gewonnen. Die Form der Kristallwachstumsphasengrenze, die Morphologie des Quellenmaterials und die Veränderungen des Tiegelmaterials konnten damit erstmals 3-dimensional bei über 2200 °C erfasst werden. Die Messergebnisse weisen allerdings deutliche Artefakte und Fehler auf, die im vorliegenden Projekt durch eine angepasste experimentelle Messmethode und neu entwickelte Algorithmen zur Datenauswertung adressiert werden sollen. -
Etablierung eines Herzunterstützungssystems basierend auf einer dem Herzbeutel nachgebildeten kontraktilen Membran
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 31. März 2021
Mittelgeber: StiftungenThis project contains the establishment of a heart support system as a contractile membrane based on the pericardium to minimize the consequences of severe heart disease and to maintain proper cardiac function. The project is a research cooperation between the Chair of Applied Dynamics and the Pediatric Cardiology at the Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg and is funded by the Klaus Tschira Foundation.
The project includes the study of cardiac function under pathological and normal conditions by developing computer models of the heart, which are validated with experimental data of pediatric cardiology of the University of Erlangen Nuremberg. The clinical measurements and experimental data, as well as the simulation model are based on rat hearts. Subsequently, a cardiac support system based on a membrane is to be designed to improve or at least maintain heart function under pathological conditions.
In particular at the Chair of Applied Dynamics, we are focusing on the development of the underlying computational heart model including the anatomy, morphology, electrophysiology and also the fluid-structure interaction to be able to build up the optimized heart support system but also to better understand the function of the heart and thus to predict or early detect cardiac dysfunctions and bring new treatments to the clinic.
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Fokusabstandsmodulierter fasergekoppelter Konfokalsensor für die Oberflächenmesstechnik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 30. November 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Miniaturisierung und Mikrostrukturierung komplexer Bauteile und die damit einhergehend immer enger werdenden Fertigungstoleranzen stellen die Messtechnik vor neue Herausforderungen. Mit speziellen Mikro- und Nanokoordinatenmesssystemen ist es heute bereits möglich hochgenaue, dreidimensionale Relativbewegungen zwischen Sensor und Messobjekt in Bereichen von einigen Millimetern und mit Auflösungen im Nanometer- oder Sub-Nanometerbereich zu realisieren. Jedoch besteht noch Bedarf an hochgenauen Sensoren zur Antastung der Messobjekte, die solchen herausfordernden Messaufgaben gewachsen sind.Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Erarbeitung der Grundlagen, die Entwicklung und Untersuchung eines robusten, genauen, hochfrequent fokusabstandsmodulierten, konfokalen Punktsensors sowie dessen Integration und Validierung in einem Nanokoordinatenmesssystem. Durch eine innovative Kombination einer fasergekoppelten konfokalen Beleuchtung und Detektion, einer einstellbaren, akustisch getrieben Gradientenindex-Flüssigkeitslinse (TAG-Linse) zur Modulation des Fokusabstandes und einer für die Konfokalmikroskopie neuartigen Signalauswertung mit Lock-In-Verstärker soll für den Stage-Scanning-Betrieb des Nanokoordinatenmesssystems eine signifikante Steigerung der Genauigkeit und Reduktion der Messunsicherheit und der Messzeit unter Beibehaltung der bekannten Vorteile des konfokalen Messprinzips ermöglicht werden. -
Nutzung von Rohdaten-Redundanzen in der Kegelstrahl-CT
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 30. April 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Intraoperative brain shift compensation and point-based vascular registration
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Mai 2016 - 31. Oktober 2019 -
Hybridanwendung für Mobilgeräte zur HW-Ansteuerung über Bluetooth (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
DevCon-App (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
Gaining Deep Account Insights with Cognitive Services (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
A Mobile Robot Framework (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
Embedded Automotive Agents (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
An Open Source Vulnerability Analysis of OPOSSO (ARCH 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
Condition Monitoring and Pay Per Use of a Flexible Transportation System (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Siemens AG -
DoIP Wireshark Plugin (AMOS 2016)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 11. April 2016 - 15. Juli 2016
Mittelgeber: Industrie -
Vertrauenswürdige Laufzeitumgebung und Monitoring-System zur Überwachung und Gewährleistung der Sicherheit von Netzelementen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: EUREKA-Verbundprojekt: SEcure Networking for DAta Transport in Europe - TAilored Network for Data cEnters in the Metro (Celtic-Plus Project ID C2015/3-1) - SENDATE-TANDEM
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. März 2019
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt -
Berücksichtigung funktionsrelevanter Gestaltabweichungen bei der Auslegung von Umformprozessen zur Herstellung von Stirnrädern mit Sonderverzahnung durch Fließpressen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. März 2023
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR) -
Aufbau und Erweiterung von Strukturen und Prozessen zur Entwicklung von Inner Source Phase 1
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2016 - 30. September 2016
Mittelgeber: Siemens AG -
Bestimmung von Stoffdaten für alternative Isoliergase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. März 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
jLAMS
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. Oktober 2017
Mittelgeber: DFG / Exzellenzcluster (EXC)Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforderung dar. Es sollen neue experimentelle Umgebungen genutzt werden, die die Beobachtung der Entstehung der Mikrostruktur eines Werkstoffes unter Bedingungen, wie sie bei der additiven Fertigung vorliegen, erlauben. Zugang zu dieser Beschleuniger basierten experimentellen Umgebung erlaubt der Kompetenzanker DESY-FAU-HZG, ein Verbund von FAU mit den Helmholtz-Zentren DESY und HZG.
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CVD-Diamant gegen Aluminiumverschleiß
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. März 2019
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Charakterisierung der molekularen Diffusion in Flüssigkeiten mit gelösten Gasen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2016 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das beantragte Forschungsprojekt soll einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis der molekularen Diffusion in binären Systemen bestehend aus Flüssigkeiten und gelösten Gasen leisten. Zur Charakterisierung des molekularen Diffusionsprozesses sollen sowohl die dynamische Lichtstreuung (DLS) als auch molekulardynamische (MD) Simulationen für systematisch ausgewählte Gas-Flüssig-Systeme zur Anwendung kommen. Bei der Untersuchung von entsprechenden Gemischen im makroskopischen thermodynamischen Gleichgewicht analysieren beide Methoden mikroskopische Fluktuationen, deren zeitliches Verhalten durch die Transportgrößen Selbstdiffusionskoeffizient, Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizient und binärer Diffusionskoeffizient bestimmt werden. Die mittels DLS aus dem Bulkvolumen der Fluide ermittelten binären Diffusionskoeffizienten dienen als wichtige Stütze zur Bewertung der Ergebnisse aus den MD-Simulationen. Umgekehrt kann die Bestimmung von Diffusionskoeffizienten mittels MD-Simulationen die Interpretation der DLS-Daten durch den Einblick in die molekulare Fluidstruktur unterstützen. Für einen umfassenden Kenntnisgewinn über die molekulare Diffusion von in Flüssigkeiten gelösten Gasen sollen vielversprechende Stoffkombinationen über einen weiten Temperatur- und Konzentrationsbereich untersucht werden. Die ausgewählten Gemische zeichnen sich durch stark variierende molekulare Größen und Wechselwirkungen der Komponenten aus und decken einen breiten Bereich an Gemischviskositäten ab. Die DLS-Experimente und MD-Simulationen sollen nicht nur eine zuverlässige Datenbasis an Transportkoeffizienten für derartige Systeme schaffen, sondern vor allem zur Analyse des Einflusses der physikalischen Eigenschaften der Komponenten auf die molekulare Diffusion in den Gemischen herangezogen werden. Um die Leistungsfähigkeit der MD-Simulation bezüglich der Vorhersage von binären Diffusionskoeffizienten durch Vergleich mit den experimentell bestimmten Daten überprüfen zu können, sind unabhängige Berechnungen des Maxwell-Stefan-Diffusionskoeffizienten und des thermodynamischen Faktors durchzuführen. Dadurch lässt sich zusätzlich für die ausgewählten Systeme untersuchen, wie die verschiedenen Diffusionskoeffizienten miteinander verknüpft sind. Zudem sollen die aus den DLS-Experimenten und MD-Simulationen gewonnenen Erkenntnisse zur Entwicklung einer in der Ingenieurspraxis einfach anwendbaren Vorhersagemethode für den binären Diffusionskoeffizienten in Gemischen aus Flüssigkeiten mit gelösten Gasen beitragen. -
Ladungskompensation in 4H-Siliciumkarbid - Simulation, Modellbildung und experimentelle Verifizierung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2016 - 14. April 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Für Leistungshalbleiterbauelemente in Silicium kommen Bauelementstrukturen mit Ladungskompensation zwischen p- und n-dotierten Halbleitergebieten zur Anwendung. Diese Strukturen erlauben die Realisierung von unipolaren Bauelementen mit hohen Sperrspannungen im Sperrbetrieb und gleichzeitig niedrigen Widerständen im Flussbetrieb. Erste in Siliciumkarbid realisierte Halbleiterbauelemente mit Ladungskompensationsstrukturen orientieren sich bei der Auslegung entweder an theoretischen Berechnungen, wie sie für die gut beherrschte Siliciumtechnologie Anwendung finden, oder rein auf nicht-empirischen Versuchsreihen. Dadurch wird ein geeigneter Aufbau der Kompensationsstrukturen entweder mit geringem Kompensationsgrad oder nur iterativ durch Versuche erreicht.Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, die Grundlagen zur Realisierung von Ladungskompensationsstrukturen mit hohem Kompensationsgrad auf Siliciumkarbid zu legen und daran eine systematische Untersuchung hinsichtlich elektrischer Eigenschaften und dem Einfluss physikalischer Effekte durchzuführen. Dabei werden insbesondere der Einfluss der unvollständigen Aktivierung und Ionisierung der Dotierstoffe in SiC sowie der Oberflächenpassivierung auf den Kompensationsgrad, die Durchbruchspannung und den Driftwiderstand untersucht. Hiermit werden bestehende Simulationsmodelle präzisiert und eine analytische Beschreibung dieser Ladungskompensationsstrukturen ermittelt, welche nicht (wie bei Siliciumbauelementen) auf einer vollständig beherrschten Halbleitertechnologie beruhen. Mit Hilfe einer analytischen Modellierung auf Grundlage von Ladungskompensationsstrukturen in Silicium als Ausgangspunkt und unter Berücksichtigung unvollständiger Aktivierung der Dotierstoffe werden sowohl eine Modellbildung durchgeführt als auch zweidimensionale TCAD-Simulationen für laterale Ladungskompenationsstrukturen in Siliciumkarbid implementiert. Die Herstellung von lateralen Teststrukturen und deren elektrische Charakterisierung erlaubt die Präzisierung und Erweiterung der zugrunde liegenden Simulationsmodelle auf Basis der Messergebnisse. Diese Modelle werden dann zur übertragung und Verifizierung der Ergebnisse auf laterale Leistungstransistoren in SiC. Ferner erfolgt die Durchführung dynamischer Schaltvorgänge zur Untersuchung des Einflusses physikalischer Effekte wie unvollständiger Ionisierung der Dotierstoffatome hinsichtlich elektrischer Eigenschaften (z.B. Lawinendurchbruch) in Ladungskompensationsstrukturen. Abschließend erfolgt die Realisierung vertikaler Ladungskompensationsstrukturen zur Validierung des gesamten wissenschaftlichen Ansatzes.Die im Forschungsvorhaben erzielten Erkenntnisse werden die Herstellung von lateralen und vertikalen Leistungshalbleiterbauelementen auf 4H-SiC durch die Bereitstellung akkurater physikalischer Modelle zur Ladungskompensation vereinfachen. -
Entwicklung einer vektorbasierten, mathematischen Morphologie für die Beschreibung und Klassifikation von Hyperspektralbildern in der Fernerkundung
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: seit 1. März 2016Fernerkundung ist heute von großer Bedeutung für verschiedene Anwendungsgebiete, z.B. die Umweltüberwachung, Stadtplanung, ökosystem-basiertes, natürliches Ressourcen-Management, Erfassung von urbanen Anpassungsprozessen und die Überwachung landwirtschaftlicher Flächen. Die Mehrheit der genannten Überwachungs- und Erfassungsanwendungen erfordert eine "gelabelte" Karte der Fernerkundungsbilder, in der einzelne Pixel bestimmten Klassen zugeordnet sind, z.B. Wasser, Asphalt, Gras etc. In anderen Worten: Klassifikation ist ein notwendiger Schritt für diverse Fernerkundungsanwendungen. Es ist weitgehend anerkannt, dass die Auswertung sowohl der spektralen als auch der räumlichen Eigenschaften der Bildpunkte die Klassifikationsrate im Vergleich zur Verwendung rein spektralbasierter Merkmale verbessert.
In dieser Hinsicht sind morphologische Profile (MP) eine beliebte und mächtige Bildanalysetechnik, die die Berechnung solcher spektral-räumlichen Bildpunktbeschreibungen erlauben. Sie wurden im vergangenen Jahrzehnt ausführlich untersucht und ihre Effektivität mehrfach bestätigt.
Die Charakterisierung der räumlichen Information, die durch ein MP gewonnen wurde, ist insbesondere zur Repräsentation der Multiskalen-Variationen von Bildstrukturen geeignet. Diese sind jedoch durch die Form der strukturierenden Elemente beschränkt. Um diese Beschränkung zu umgehen, wurden morphologische Attributprofile (AP) entwickelt. Durch das direkte Arbeiten auf verbundenen Komponenten statt auf Pixeln ist nicht nur die Anwendung beliebiger Regionendeskriptoren (z.B. Form, Farbe, Textur etc.) möglich, sondern es wird auch der Weg für eine objektbasierte Bildanalyse bereitet. Zusätzlich können APs effizient durch hierarchische Bildrepräsentation implementiert werden, z.B. durch Max-/Min-Bäume und Alpha-Bäume.
Die o.g. Techniken für die Analyse von hyperspektralen Fernerkundungsbildern basieren grundlegend auf einer Einzelverarbeitung (Marginal-Verfahren) der Bilder, d.h. die Analyse jedes einzelnen Kanals für sich und nicht gleichzeitig. Deshalb wird die Korrelation der Kanäle in den konventionellen Marginal-Verfahren vernachlässigt.
Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt unseres Projekts auf der Erweiterung der mathematischen Morphologie auf das Gebiet der Analyse von Hyperspektralbildern und der Anwendung von Operatoren, die auf dem morphologischen Inhalt basieren, wie z.B. MP und AP, auf allen Spektralbändern gleichzeitig, um die Korrelation der Spektralkanäle zu berücksichtigen.
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Evaluierung hochauflösender Algorithmen zur medizinischen Bildgebung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2016 - 30. September 2016
Mittelgeber: Industrie -
Analyse und Implementierung von Hochkomprimierender Abtastung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2016 - 28. Februar 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Projekt wird die Leistungsgrenzen von komprimierender Abtastung untersuchen und praxistaugliche Algorithmen entwerfen, die diesen Leistungsgrenzen nahe kommen.Das Projekt zielt auf hohe Kompressionsraten, bei dem Regularisierung des Problems mit Hilfe der L1-Norm suboptimal ist.Komprimierende Abtastung wird aus der Sicht der statistischen Physik untersucht und hierin als der Sonderfall eines Spinglassystems behandelt werden.Sowohl die mittlere als auch die Minimaxverzerrung wird als Zielfunktion (Hamiltonfunktion) betrachtet werden.Die Analyse wird sich auf die Replikamethode stützen. Besonders Augenmerk gilt den Auswirkungen der Replikasymmetriebrechung.Insbesondere zielt das Projekt darauf ab1. ein System von Sattelpunktgleichungen zu finden, das die replikasymmetriebrechende Lösung des komprimierenden Abtastproblem s beschreibt,2. dieses System von Sattelpunktgleichungen numerisch zu lösen,3. einseitige Schranken für diese Lösungen rigoros zu beweisen, indem Guerras Argumente für das Sherrington-Kirkpatrick-Spinglassmodel an den vorliegenden Fall angepasst, und damit die Anwendung Replikamethode auf komprimierende Abtastung legimitiert wird,4. herauszufinden, welche Algorithmen in der Praxis für Abtastung mit hohen Kompressionsraten geeignet sind. -
Telemetrie_LTE
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2016 - 28. Februar 2017
Mittelgeber: IndustrieKonzepte für die robuste undenergieeffiziente drahtlose Kommunikation werden für zukünftige Anwendungendeutlich an Bedeutung gewinnen. Beispiele hierfür sind die Kommunikation inSmart Grids oder Metering-Anwendungen. Hierbei ist eine besonders energiesparendeLösung nötig, da Smart-Meters bis zu 10 Jahre ohne einen Batteriewechselfunktionsfähig sein sollen.
Neben den proprietärenFunksystemen (LoRa, Sigfox, etc.) steht auch der Mobilfunk wieder mehr im Fokusder Industrie. Mit Einführung spezieller M2M Features im LTE Standard soll auchder 4G Mobilfunk für niederdatenratige und latenztolerante Anwendungeninteressant werden.
Am Fraunhofer Institut fürIntegrierte Schaltungen IIS in Erlangen werden daher eine Reihe von Projektenauf diesem Gebiet durchgeführt.
Der Lehrstuhl fürInformationstechnik (LIKE) unterstützt die angewandte Forschung am IIS durchBereitstellung von zusätzlichen Forschungsaktivitäten, durch Beratungsleistungim Allgemeinen und speziell zu folgenden Aufgabengebieten:
- Protokoll-Analyse, Modellbildung und Simulation
- Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Telemetrie-Systemen mit vielenTeilnehmern
- Entwicklung neuer Ansätze im Bereich der MAC Schicht
- Entwicklung neuer Methoden zur Verbesserung der Laufzeit vonLTE-Smart-Meter-Knoten
- Einbringen der entwickelten Konzepte in die internationaleStandardisierung
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Robuste Charakterisierung von Nanopartikeln komplexer Morphologie in der Gasphase
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Development of content adaptive screen sharing coding
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 5. Februar 2016 - 28. Februar 2017
Mittelgeber: Industrie -
Machbarkeitsstudie: WGM Resonator
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 4. Februar 2016 - 28. Februar 2017
Mittelgeber: Industrie -
Ultra-Skalierbare Multiphysiksimulationen für Erstarrungsprozesse in Metallen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Februar 2016 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: BMBF / VerbundprojektKomplexe Phänomene in den Natur- und Ingenieurwissenschaften werden dank der rapide steigenden Rechenleistung immer öfter mit Hilfe von realitätsgetreuen Simulationstechniken erforscht. Das daraus entstandene Fachgebiet Computational Science and Engineering (CSE) gilt deshalb als neue, dritte Säule der Wissenschaft, die die beiden klassischen Säulen Theorie und Experiment ergänzt und verstärkt. Im Kern des CSE geht es darum, leistungsfähige Simulationsmethoden für aktuelle und zukünftige Höchstleistungsrechner zu entwerfen, zu analysieren und sie für die praktische Nutzung robust, benutzerfreundlich und zuverlässig zu implementieren.
Für die Entwicklung neuer Materialien mit besseren Werkstoffeigenschaften, sowie für die Optimierung von Herstellungs- und Fertigungsprozessen sind moderne und hocheffiziente Simulationstechniken heute unverzichtbar. Sie ersetzen hier zu einem großen Teil die traditionellen zeit- und kostenintensiven Experimente, die sonst für die Materialentwicklung und die Qualitätssteigerung von Werkstoffkomponenten erforderlich sind. Materialsimulationen bilden dabei jedoch eine große Herausforderung für die Grundlagenforschung und für das Höchstleistungsrechnen.
Die mechanischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden ganz wesentlich durch die Ausbildung der Mikrostruktur beim Herstellungsprozess - d.h. bei der Erstarrung aus der Schmelze - festgelegt. Die Simulation des Erstarrungsprozesses kann dabei wichtige neue Erkenntnisse über experimentell nicht beobachtbare Gefügeausbildungsprozesse liefern und dies ermöglicht es, den Einfluss auf die erzielte Struktur systematisch zu analysieren. Hiermit wird es in Zukunft möglich, neue Materialien mit speziellen Eigenschaften virtuell am Computer zu entwerfen.
Simulationsbasierte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten für diese Problemstellung erfordern eine sehr feine räumliche und zeitliche Auflösung, um alle relevanten physikalischen Effekte abzubilden und deshalb benötigen sie eine extrem hohe Rechenleistung. Um auf künftigen Großrechensystemen derartige Probleme mit vielen Tausend Rechenknoten lösen zu können, muss die eingesetzte Simulationssoftware nicht nur in der Lage sein, diese vielen Rechenknoten gleichzeitig zu nutzen, sondern sie muss darüber hinaus auch eine maximale Rechenleistung bei möglichst geringem Ressourcenverbrauch liefern. Neben der eigentlichen Rechenzeit gewinnt hier auch der Energieverbrauch der Supercomputer eine erhebliche Bedeutung. Als Software Basis von SKAMPY wird das waLBerla Framework verwendet. In diesem Projekt wird waLBerla nun erweitert um neue anwendungsorientierte Probleme in den Materialwissenschaften zu lösen. Dabei kommen speziell entwickelte Programmiermethoden zum Einsatz, die eine besonders gute Ausnutzung der Supercomputer ermöglichen. Im Rahmen einer vielversprechenden gemeinsamen Machbarkeitsstudie für die Simulation von Erstarrungsprozessen in Metalllegierungen wurde bereits die Leistungsfähigkeit des Ansatzes und die Portierbarkeit auf die Architekturen aller drei deutschen Höchstleistungsrechner gezeigt, so dass das Projektkonsortium nun bestens aufgestellt ist, um Supercomputersimulationen auch für zukünftige, noch deutlich komplexere Forschungsaufgaben nachhaltig nutzbar zu machen.
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Motorische Verdampfung komplexer Kraftgemische mit biogenen Anteilen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Motorische Verdampfung komplexer Kraftgemische mit biogenen Anteilen
Laufzeit: 1. Februar 2016 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Versagensanalyse unter prozessnaher Vorbelastung durch überlagerte Zug- und Wechselbiegebelastungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2016 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) -
Modelbasierte Röntgenbildgebung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2016 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: Siemens AG -
Energieeffiziente Trocknung auf der Grundlage lokal-stoffadaptiver Prozessintensivierung am Beispiel der automatisierten Herstellung von Teigwaren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die thermische Trocknung in Luftkanälen gehört zu den wirtschaftlich wichtigsten Konservierungsverfahren, auch in der Lebensmittelindustrie. Der Trocknungsprozess senkt den Wassergehalt (i.d.R. zwischen 13 - 25 %) derart, dass die mangelnde Wasseraktivität das Wachstum verderbniserregender Mikroorganismen und Enzyme drastisch hemmt. Die Verringerung des Wassergehaltes bedingt jedoch strukturelle Schrumpfungserscheinungen und eine Veränderung des Stoff-, Impuls- und Energietransportes. Die Strukturmodifikation durch die Schrumpfung wirkt sich auf das Mundgefühl und folglich unmittelbar auf die Verbraucherakzeptanz der Produkte aus. Ein weiteres, für die Akzeptanz getrockneter Lebensmittel entscheidendes Merkmal ist deren Farbe. Um diese strukturellen und qualitativen Eigenschaften in gewünschter Form zu beeinflussen, existiert in der Praxis für jedes Produkt eine „optimale“ Luft-feuchte, -geschwindigkeit und -temperatur sowie Verweilzeit im Trocknungskanal. Die Trocknung erfolgt in der Regel in mehreren Trocknungsabschnitten mit unterschiedlichen Prozessparametern und -zeiten, welche bislang weitestgehend aber nur auf empirischen oder halbempirischen Kenntnissen beruhen.
Trotz umfangreicher Forschungsaktivitäten in diesem Bereich wurde der Einfluss von Produkt- und Prozessinhomogenitäten bisher weitgehend außer Acht gelassen. Demzufolge bleiben hohe energetische und wirtschaftliche Potentiale ungenutzt, die sich aus der gezielten lokalen Beseitigung von Inhomogenitäten ergeben könnten. Vor-untersuchungen der Forschungsstellen zeig-ten über die Bandbreite der Trocknungs-anlagen hinweg Unterschiede der Produktfeuchte von ca. 2 %. Eine typische Prozessinhomogenität stellt die thermische Strahlung in der Nähe der Kanalwandungen dar, welche in einer unverhältnismäßig schnellen Trocknung dieser Randzone im Vergleich zum Kernbereich des Trocknungskanals mündet. Ein Beispiel für stoffliche Inhomo-genitäten stellen lokale Wasseranhäufungen innerhalb von Produktschüttungen (Feuchte-nester) dar, die beispielsweise bei der Trocknung von Bandnudeln auftreten, wenn diese verstärkt aneinander haften. Eine zentrale Herausforderung liegt deshalb in der Praxis in der Einstellung eines geeigneten Trocknungsprogramms im Sinne der Auswahl von Temperatur-Luftfeuchte-Regimes (instationäre Prozessführung).
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, am Beispiel von Teigwaren eine Prozessführungsstrategie für eine automatisierte Herstellung zu realisieren, die Produktinhomogenitäten detektiert und reduziert oder beseitigt. Die Detektion der Inhomogenitäten soll durch Rasterung entlang der Trocknungskanalbreite mittels eines neuartigen, nicht-invasiven Multisensors erfolgen, der sowohl die Produktfeuchte mittels NIR-Messtechnik als auch die Oberflächentemperatur und die Farbe des Produkts optisch bestimmen kann. Die Optimierung des automatisierten Trocknungsprozesses von Rohpasta erfolgt dann durch Kompensation der Inhomogenitäten der Rohlinge mittels zusätzlicher Düsenströmung von Heißluft entlang der Trocknerbreite. Mit Hilfe von CFD-Simulationen sollen ferner Erkenntnisse über den Trocknungsprozess gewonnen werden, um darauf aufbauend einen neuartigen Trocknungskanal zu konstruieren. -
Diffusionskoeffizienten von Kältemittel-Öl-Gemischen aus der Dynamischen Lichtstreuung (DLS)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Januar 2016 - 15. September 2016
Mittelgeber: Stiftungen -
Prognose und Reduzierung von Schallemissionen von Windenergieanlagen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: StiftungenDas akustische Verhalten (Schallemission) einer Windenergieanlage (WEA) spielt imAbnahmeverfahren eine Schlüsselrolle: Falls im Schallemissionsspektrum einerWEA starke Tonhaltigkeiten identifiziert werden, wird die Betriebserlaubnisnicht erteilt (vgl. IEC 61400-11 ed.2). Tonhaltigkeiten sind Spitzen in einemSchallspektrum und werden vom Menschen deutlich als einzelne Töne aus demHintergrundgeräusch wahrgenommen. Sie gelten in der Psychoakustik als besondersstörend, vergleichbar mit einem schrillen Pfeifen oder sonorem Summen.Windenergieanlagenhersteller, Kommunen und Anwohner haben selbstverständlich eingroßes Interesse, dass WEAs schallemissionsarm betrieben werden. Die Problemstellungder Produktentwickler besteht bis heute darin, dass WEAs, bedingt durch ihreGröße, nicht als Gesamtsystem auf einem Prüfstand getestet werden können. Ausdiesem Grund kann das akustische Verhalten der Einzelkomponenten imZusammenspiel erst nach dem Errichten der WEA gemessen werden. Die tonhaltigkeitsverursachendenEinzelkomponenten, wie z. B. das Getriebe oder der Generator, werden deshalb alsPrototypen in der Vorserie zum einen auf dem Prüfstand des Herstellers und zumanderen ein Jahr auf einer bestehenden WEA getestet (Feldversuch). Durch denunterschiedlichen Aufbau des Prüfstands und der WEA im Feldversuch ist dasakustische Verhalten der Komponenten im Vergleich unterschiedlich.
Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung einer neuen Methodik zurBerechnung einer Relation zwischen dem akustischen Verhalten der Serienkomponenteneiner WEA auf dem Prüfstand und derselben im Feldversuch. Hiermit werdenfrühzeitig Schallemission und Tonhaltigkeiten vermieden, den Kommunen dieStandortplanung für WEA erleichtert und hierdurch eine nachhaltigeEnergieerzeugung auf Basis von Windenergie unter Eliminierung derAkustikprobleme ermöglicht.
Hierzu werden Simulations- undMessergebnisse der Prototypen aus der Vorserie mithilfe von Data-MiningMethoden analysiert. Die ermittelte Relation ermöglicht dann die Bestimmung desakustischen Verhaltens jeder WEA auf Basis der Serienabnahmemessungen der lärmverursachendenKomponenten auf dem Prüfstand, wie bspw. dem Getriebe. Dies ermöglicht denWEA-Herstellern die Schallemissionswerte bereits vor dem ersten Betrieb der WEAan einem neuen Standort robust abzuschätzen und noch vor der Inbetriebnahme zuoptimieren. Die WEA-Betreiber besitzen hierdurch ein einheitliches Vergleichskriteriumfür die Auswahl der geeigneten WEA für einen spezifischen Standort. Den Kommunensteht ein objektives Bewertungskriterium, z. B. für eine präzisere Standortplanung,zur Verfügung. Den Anwohnern, die vor allem an der geringen Schallemission der WEAinteressiert sind, profitieren v. a. von der Möglichkeit der WEA-Hersteller zurSchallemissionsoptimierung vor der Inbetriebnahme der WEA in der Nähe vonWohngebieten.
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Stability Under Process Variability for Advanced Interconnects and Devices Beyond 7 nm node
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Stability Under Process Variability for Advanced Interconnects and Devices Beyond 7nm Node
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Leadership in Enabling & Industrial Technologies (LEIT), EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: https://www.superaid7.euDie weitere Skalierung nanoelektronischer Bauelemente und Schaltungen wird zunehmend durch die Annäherung an physikalische Grenzen erschwert. Hierbei spielen systematische und statistische Schwankungen der in der Herstellung verwendeten physikalischen Prozesse eine immer größere Rolle für aktive Bauelemente, ihre Verbindungsstrukturen und die daraus aufgebauten Schaltungen. Teilweise beeinflussen sich verschiedene Effekte gegenseitig. Damit müssen auch ihre Korrelationen betrachtet werden, da sie den Anteil der Produkte, welche die Spezifikationen erfüllen, zum Teil drastisch beeinflussen. Eine umfassende experimentelle Untersuchung dieser Effekte ist kaum möglich. Demgegenüber eröffnet die Simulation („Technology Computer Aided Design“, TCAD) die einzigartige Möglichkeit, Schwankungen an ihrer Quelle vorzugeben und dann ihre Auswirkungen auf die folgenden Prozessschritte und auf die Eigenschaften von Bauelementen und Schaltungen zu untersuchen, indem einfach die Eingabedaten des Simulationssystems entsprechend angepasst werden. Diese sehr wichtige Anforderung an die Simulation, die zugleich eine ihrer herausragenden Möglichkeiten ist, wurde unter anderem in der „International Technology Roadmap for Semiconductors“ ITRS herausgestellt.
Das Horizon-2020-Projekt SUPERAID7 baut auf dem sehr erfolgreichen Projekt SUPERTHEME auf, in dem die Auswirkung von Prozessschwankungen insbesondere auf fortschrittliche More-than-Moore- Bauelemente und -schaltungen simuliert wurde. In SUPERAID7 wird ein Softwaresystem zur Simulation des Einflusses von systematischen und statistischen Prozessschwankungen auf fortschrittliche More-Moore-Bauelemente und -schaltungen bis zum 7-nm-Technologieknoten und darüber hinaus entwickelt, wobei speziell Halbleiterverbindungsstrukturen einbezogen werden. Hierzu werden verbesserte physikalische Modelle sowie verbesserte Kompaktmodelle benötigt. Die zu behandelnden Bauelementearchitekturen schließen insbesondere sogenannte Trigate/ωGate-Transistoren, gestapelte Nanodrähte und fortschrittliche Halbleitermaterialen mit ein. Das Simulationssystem wird anhand von außerhalb des Projekts bereits vorhandenen bzw. neu durchgeführten Experimenten des Projektpartners CEA/Leti evaluiert. Die wichtigsten Verwertungswege bestehen in der Kommerzialisierung über den Projektpartner GSS sowie in der Unterstützung von Bauelementeaktivitäten bei CEA/Leti. Weitere Partner sind neben dem Koordinator Fraunhofer IISB auch die Universität Glasgow, die Universität Erlangen-Nürnberg sowie die TU Wien. Der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente beteiligt sich in SUPERAID7 an der Weiterentwicklung von Programmen des IISB und der TU Wien zu einem integrierten dreidimensionalen Topographiesimulator.
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Fertigung hochfester Aluminiumbauteile durch Umformen unter Abschreckbedingungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. März 2018
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
URL: http://www.lft.uni-erlangen.de/index.php/de/component/sfbpages/?view=projekt&layout=default&id=240Moderner Werkstoffleichtbau zeichnet sich durch die Substitution konventioneller Werkstoffe durch hochfeste Stahl- und Aluminiumlegierungen aus, da diese aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeiten eine Reduktion der Blechdicken ermöglichen und somit einen Beitrag zur Verringerung der CO2-Emissionen im Fahrzeugbetrieb leisten. Da diese hochfesten Werkstoffe eine eingeschränkte Umformbarkeit aufweisen, steigt der Bedarf an Technologien, die es ermöglichen, diese Güten effizient umzuformen. Ein vielversprechender Fertigungsansatz zur Herstellung komplexer, hochfester Bauteile ist das Umformen unter Abschreckbedingungen. Dieses thermomechanische Fertigungsverfahren setzt sich aus einer Wärmebehandlung und einem Abschreckvorgang durch das Werkzeug während der Umformung zusammen. Fokus dieses Forschungsvorhabens liegt auf der Verarbeitung hochfester, ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierungen, welche sich durch eine hohe Streckgrenze und Zugfestigkeiten von bis zu 600 MPa auszeichnen. Ziel ist es, für diese Werkstoffgruppe ein robustes Prozessfenster auf Basis experimenteller und numerischer Daten zur Herstellung hochfester Bauteile zu identifizieren.
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Entwicklung der Zwei-Linien-Atomfluoreszenz zur 2D-Temperaturmessung bei der Flammensynthese von Nanopartikeln
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. November 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung des optischen Messverfahrens der Zwei-Linien-Atomfluoreszenz (Two-Line-Atomic Fluorescence, TLAF) zur Bestimmung von Temperatur- und Konzentrationsfeldern bei der Flammensynthese von Nanopartikeln. Die Flammensynthese dient der Produktion verschiedenster funktioneller Nanopartikel aus der Gasphase mit speziellen physikalischen und chemischen Eigenschaften und stellt ein sehr vielseitiges und kosteneffizientes Herstellungsverfahren dar. Die Partikeleigenschaften, wie Partikelgröße, morphologie und -kristallinität, hängen wesentlich vom Temperatur-Zeitprofil in der Flamme ab. Zur gezielten Einstellung dieser Eigenschaften und als Grundlage für numerische Simulation ist daher die Kenntnis des Temperaturfeldes in solchen Flammen von zentraler Bedeutung. Existierende Ansätze zur Temperaturmessung bei der Flammensynthese sind massiv durch die Anwesenheit von Partikeln beeinflusst (z.B. Raman-Streuung), erlauben nur punktförmige Messungen (z.B. CARS-Spektroskopie) oder benötigen eine signifikante zeitliche Integration (z.B. Fourier-Transform Infrarotspektroskopie). Sie ermöglichen daher keine Erfassung von Temperaturfeldern in instationären, speziell turbulenten Flammen, wie sie bspw. für die besonders vielseitig einsetzbare Flammensprühpyrolyse genutzt werden.Diese Einschränkungen sollen mit diesem Forschungsvorhaben überwunden werden. Hierzu soll die TLAF-Technik, die schon erfolgreich für rußende Flammen genutzt wird, weiterentwickelt und erstmals gezielt für die Untersuchung in der Flammensynthese von Nanopartikeln eingesetzt werden. In der ersten Projektphase konzentrieren sich die Arbeiten auf Indium-basierte Partikelsysteme, zum einen, da dieses Material aufgrund seiner vorteilhaften optischen Eigenschaften bereits in anderen Anwendungen zur Temperaturmessung eingesetzt wurde, und zum anderen aufgrund der hohen technischen und wirtschaftlichen Relevanz des hier erzeugten Materials Indium-(III)-oxid (In2O3). Zusätzlich zur Bestimmung von Temperaturfeldern soll erstmals die Konzentrationsverteilung von atomarem Indium in der Flamme ermittelt werden.Um die zur Indium-Anregung erforderlichen Wellenlängen zu erreichen, wurden bislang meist Farbstofflaser, schmalbandige Diodenlaser oder auch ein sequentiell angeregter optisch parametrischer Oszillator (OPO) verwendet. Ein wesentlicher Vorteil der hier geplanten Vorgehensweise ist die Verwendung von zwei OPOs, da durch den quasi-simultanen Betrieb auch eine Auflösung turbulenter Flammen möglich ist. Durch die Nutzung schmalbandiger Diodenlaser zur Wellenlängenstabilisierung leistungsstarker Festkörperlaser sind hohe Laserenergien bei geringer spektraler Linienbreite und damit hohe Fluoreszenzsignale für eine zweidimensionale Signalerfassung realisierbar.Nach erfolgreicher Entwicklung und Anwendung der Technik auf Indium-basierte Partikelsysteme soll in einer zweiten Projektphase die Erweiterung auf andere Materialien erfolgen.
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Vermeidung konventioneller Schmierstoffe in Wälzlagerungen durch tribologische Schichten und Erhöhung der Gebrauchsdauer trockenlaufender Wälzlager
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2016
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
URL: http://greenfactorybavaria.de/gf/cms/front_content.php?idcat=84Im Projekt GreenBearings wurde aufgezeigt, dass mithilfe tribologischer Schichtsysteme im Wälzlager eine signifikante Reibungsminderung bei Mangelschmierung sowie eine Gebrauchsdauererhöhung im Trockenlauf erzielt werden kann. Eine Reibungsreduzierung bedeutet geringeren Energieverbrauch in Maschinen und Anlagen und das gänzliche Vermeiden von Schmierstoffen im Trockenlauf sorgt für eine Schonung von Mineralölressourcen und damit mehr Nachhaltigkeit. Motiviert durch die in der erste Phase gewonnenen Erkenntnisse sollen in der zweiten Phase die Ergebnisse für den Trockenlauf statistisch abgesichert und insbesondere die Versagensmechanismen einer tiefergehenden Schadensanalyse unterzogen werden. Darüber hinaus werden neben den bisher untersuchten amorphen Kohlenstoffschichtsystemen weitere Schichtsysteme aus dem klassischen Festschmierstoffbereich untersucht. Diese sind für die Anwendung im Wälzkontakt geeignet zu modifizieren und auf Bauteilebene unter realitätsnahen Bedingungen zu testen. Abgerundet werden die wissenschaftlichen Arbeiten in der zweiten Phase durch die Beschichtung von Wälzkörpern und anschließende Versuche im Schicht/Schicht-Kontakt. Das Ziel ist es, dadurch ein reibungs- und verschleißreduzierendes tribologisches System zu entwickeln, durch das im schmierstofffreien Wälzlager eine deutlich erhöhte Gebrauchsdauer erwirkt wird. -
Schwingungsreduktion durch Energietransfer mittels Formadaption
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1897: Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Leichtbau ist eine der wesentlichen Aufgaben im Entwurfsprozess. Das Ziel ist dabei die Reduktion der Bauteilmassen um Kosten, Energie oder andere Ressourcen bei der Herstellung oder im Betrieb zu sparen. Jedoch sind leichte Strukturen auch anfällig für unerwünschte Schwingungen. Diese Schwingungen müssen daher häufig reduziert werden, um sowohl die Struktur als auch ihre Umgebung vor Schäden zu schützen und die Lebensdauer der Struktur zu erhöhen.Eine Schwingungsreduktion kann durch passive, semi-aktive oder aktive Maßnahmen erreicht werden. Dabei meint passiv, dass keine Energie von außen zugeführt werden muss, während semi-aktive und aktive Maßnahmen äußere Energie benötigen, um entweder die Dissipation zu kontrollieren oder der Schwingungsbewegung direkt entgegen zu wirken. Da aktive Maßnahmen meist nicht auf Dissipation beruhen, fallen sie nicht in den Bereich des ausgeschriebenen Schwerpunktprogramms und werden daher hier auch nicht weiter betrachtet. Auf dem Gebiet der passiven und semi-aktiven Maßnahmen gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Schwingungsreduktion, nämlich zum einen Dämpfung, was die Dissipation kinetischer Energie in eine andere Energieform meint, und zum anderen Tilgung, was den Transfer kinetischer Energie aus einer kritischen Mode in eine unkritische Mode bezeichnet.Der hier vorgeschlagene Zugang kombiniert die Konzepte der Dämpfung und der Tilgung in neuartiger Weise, indem die Funktionalität eines gedämpften Tilgers in eine formadaptive Struktur integriert wird. Durch dynamische Adaption der Steifigkeit einer schlanken, balkenartigen Struktur durch Formadaption des Querschnitts soll kinetische Energie aus den kritischen, tieffrequenten Biegemoden in eine speziell entworfene, hochfrequente Tilgermode übertragen werden, um dort dann optimal gedämpft zu werden. Das optimale Design des formadaptiven Mechanismus und der Tilgermode soll im Rahmen nachgiebiger Festkörpermechanismen erfolgen, während die optimale Dissipation durch angepasste Reibdämpfer realisiert werden soll.
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Schwingungsreduktion durch Energietransfer mittels Formadaption
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1897: Calm, Smooth and Smart - Novel Approaches for Influencing Vibrations by Means of Deliberately Introduced Dissipation
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Leichtbau ist eine der wesentlichen Aufgaben im Entwurfsprozess. Das Ziel ist dabei die Reduktion der Bauteilmassen um Kosten, Energie oder andere Ressourcen bei der Herstellung oder im Betrieb zu sparen. Jedoch sind leichte Strukturen auch anfällig für unerwünschte Schwingungen. Diese Schwingungen müssen daher häufig reduziert werden, um sowohl die Struktur als auch ihre Umgebung vor Schäden zu schützen und die Lebensdauer der Struktur zu erhöhen.Eine Schwingungsreduktion kann durch passive, semi-aktive oder aktive Maßnahmen erreicht werden. Dabei meint passiv, dass keine Energie von außen zugeführt werden muss, während semi-aktive und aktive Maßnahmen äußere Energie benötigen, um entweder die Dissipation zu kontrollieren oder der Schwingungsbewegung direkt entgegen zu wirken. Da aktive Maßnahmen meist nicht auf Dissipation beruhen, fallen sie nicht in den Bereich des ausgeschriebenen Schwerpunktprogramms und werden daher hier auch nicht weiter betrachtet. Auf dem Gebiet der passiven und semi-aktiven Maßnahmen gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Schwingungsreduktion, nämlich zum einen Dämpfung, was die Dissipation kinetischer Energie in eine andere Energieform meint, und zum anderen Tilgung, was den Transfer kinetischer Energie aus einer kritischen Mode in eine unkritische Mode bezeichnet.Der hier vorgeschlagene Zugang kombiniert die Konzepte der Dämpfung und der Tilgung in neuartiger Weise, indem die Funktionalität eines gedämpften Tilgers in eine formadaptive Struktur integriert wird. Durch dynamische Adaption der Steifigkeit einer schlanken, balkenartigen Struktur durch Formadaption des Querschnitts soll kinetische Energie aus den kritischen, tieffrequenten Biegemoden in eine speziell entworfene, hochfrequente Tilgermode übertragen werden, um dort dann optimal gedämpft zu werden. Das optimale Design des formadaptiven Mechanismus und der Tilgermode soll im Rahmen nachgiebiger Festkörpermechanismen erfolgen, während die optimale Dissipation durch angepasste Reibdämpfer realisiert werden soll.
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Dynamic analysis of prosthetic structures with polymorphic uncertainty
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1886: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. September 2020
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: https://tu-dresden.de/bu/bauingenieurwesen/sdt/forschung/spp1886?set_language=enPeople with joint disorders or lower limb loss require a technical substitute that restores biomechanical function and body integrity. Prothetic structures not only need to fulfil their respective functional requirements (allowing a save and wide range of motion at low energy expenditure and without impairing the person's body) but also the appearance of the resulting motion (including aesthetic properties like natural and symmetric gait patterns) is of high relevance. Since measurement of in vivo joint motion and loading, particularly dynamic loading, is complicated, predictive simulation plays a major role. However, polymorphic sources of uncertainty are present resulting from the prostheses itself, the way a patient moves or the environment. The main goal of this project is the design and development of a simulation framework focusing on the motion of the human lower extremity with different types of hip and knee prostheses in the presence of data as well as model uncertainty of aleatoric and epistemic character and to assess the uncertain results. The project integrates modeling of the structures (human lower extremities and prostheses) and uncertainties (), the mathematical formulation of the motion (as dynamical system or optimal control problem) as well as the computational methods (based on structure preserving integration) to solve the resulting differential algebraic equations. The thematic and organisational placement within the DFG priority programme `Polymorphe Unschärfemodellierung für den numerischen Entwurf von Strukturen' (SPP 1886) is revealed in the `objectives and work programme'.
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Druckbare weichmagnetische Polymere für leistungselektronische Anwendungen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird der Einsatz von druckbaren weichmagnetischen Polymeren (Soft Magnetic Compounds, SMC) in leistungselektronischen Systemen untersucht. Diese Materialien können z.B. als Kernmaterial für Filterspulen eingesetzt werden und bieten die Möglichkeit, eine freiformbare Kerngeometrie, ähnlich wie beim Spritzgussverfahren, herzustellen. Dadurch soll der zur Verfügung stehende Bauraum für die induktive Komponente optimal ausgenutzt werden. Die Arbeiten umfassen die Herstellung von Ringkernproben aus druckfähigen SMC mit verschiedenen weichmagnetischen Pulvern (z.B. Mangan-Zink-Ferrit oder Ferrit-Kupfer-Niob-Silicium-Bor), die unterschiedliche Hauptpartikelgrößen aufweisen. Dabei wird auf den Einfluss der Hauptpartikelgröße und derer Dichteverteilung im Pulver eingegangen. Um die Ringkernproben mit hoher Genauigkeit hinsichtlich z.B. der Verlustleistung, der Permeabilität und des Sättigungsverhaltens in Abhängigkeit der Frequenz zu charakterisieren, wurde am Lehrstuhl ein neuer Messplatz konzipiert und aufgebaut. Aufbauend auf den Messergebnissen sollen die theoretischen Grundlagen überprüft, Simulationsmodelle zur Vorhersage der Permeabilität von SMCs erstellt und neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.
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Predicitve Prevention and personalized Interventional Stroke Therapy
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Predicitve Prevention and personalized Interventional Stroke Therapy
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Strukturveränderung und Inaktivierung von Enzymen während der Trocknung und Partikelbildung aus levitierten Mikrotröpfchen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. April 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Kinetik der Inaktivierung von Enzymen während Trocknung um Partikelbildung wird quantitativ ermittelt und daraus die Zusammenhänge zwischen Restfeuchte sowie Strukturveränderungen und Aggregatbildung dieser Biomoleküle erstmalig erfasst. Hierfür wird ein akustischer Levitator verwendet, der mit Raman- sowie auch Fluoreszenz-Spektroskopie und Tunable Diode Laser Absorption Spectrometry-Einheit (TDLAS) ausgestattet ist. Diese Untersuchungen dienen als Grundlage für ein umfassend numerisches, mathematisches Modell für die Single Droplet Trocknung, welches in einer zweiten Phase des Projektes vorgesehen ist. Das Projekt dient dem Verständnis der Beziehung zwischen Beschädigung von Proteinmolekülen und Trocknungsprozessbedingungen und ist daher auch von großem praktischem Interesse.
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Nanometerpräzise und multifunktionale Porenfunktionalisierung durch Benetzungssteuerung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. August 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist die Mehrfachfunktionalisierung jeder einzelnen nanometer-großen Pore in einer inversen Monolage durch benetzungsgesteuerte Funktionalisierung und deren in-situ Detektion auf Basis von lokalen Plasmonen.Die möglichst präzise Nanostrukturierung von Oberflächen ist in den letzten Jahren mit zunehmender Intensität untersucht worden. Die erzeugten Strukturen können als Masken verwendet werden, um weitere Nanostrukturen aus unterschiedlichen Materialien zu generieren. Diese können anschließend selektiv mittels spezifischen Ankergruppen funktionalisiert werden. Typische Beispiele hierfür ist die Selbstorganisation funktioneller Molekülmonolagen auf Gold und oxidischen Oberflächen mittels Thiol- bzw. Silanchemie. Eine nanoskalig kontrollierte Positionierung mehrerer verschiedener chemischer Funktionen ist mit bekannten Prozessen zurzeit allerdings nicht möglich. Meist liegt die Limitierung darin, dass die chemische Funktionalisierung auf Basis der Oberflächenchemie direkt von der vorher generierten Struktur abhängt. Eine mögliche Erweiterung zugänglicher Oberflächenfunktionen, so unsere Hypothese, ist über das Ausnutzen lokaler Benetzungsphänomene möglich. In dem hier beantragten Projekt soll daher eine Strategie entwickelt werden, die es erlauben soll, lokal die Benetzung von nanostrukturierten, porösen Oberflächen einzustellen und mittels dieser Kontrolle unterschiedliche chemische Funktionen mit nanoskaliger Präzision auf Oberflächenstrukturen aus gleichem Material abzuscheiden und dabei trotzdem relativ große Flächen zu funktionalisieren. Konkret beabsichtigen wir, inverse Monolagen mit mindestens drei unterschiedlichen chemischen Funktionen/ Polymeren pro Pore zu versehen. Die typischerweise aus Siliziumdioxid bestehenden Poren sollen durch thermische Bedampfung weiter funktional vorstrukturiert werden: Es sollen so auf der äußeren Oberfläche und dem Porenboden gezielt Gold-Nanostrukturen entstehen. Die Benetzungseigenschaften dieser Hybrid-Strukturen sollen dann durch die Wahl des Porenöffnungswinkels und der Oberflächenchemie des Siliziumdioxids eingestellt werden. Dabei wird erwartet, dass die plasmonischen Goldstrukturen auf der äußeren Oberfläche und am Porenboden ein lokal aufgelöstes, direktes Auslesen von Funktionalisierung oder Analyt-Anbindung durch die Verschiebung der entsprechenden plasmonischen Resonanzen erlauben. Hier wird die Optimierung der jeweiligen Goldstrukturen auf ihre plasmonischen Eigenschaften, unter Zuhilfename von Simulationen, eine wichtige Rolle spielen. Langfristig erwarten wir uns von solchen Strukturen, mit mindestens drei unterschiedlichen funktionalen Regionen in einer nanoskaligen Pore und einer lokal aufgelösten Ausleseoption, direkte Informationen über Polymerisationsverläufe und Ligandenanbindung in einem räumlichen Confinement sowie interessante Anwendungsmöglichkeiten dieser nanoskalig multifunktionalen Poren im Bereich der Lab-on-Chip Devices und µ-Elektronik. -
Skalenübergreifende Modellierung - von der Quanten- zur Kontinuumsmechanik. Ein Finite-Elemente Ansatz.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. September 2018
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Dieser Antrag befasst sich mit einem gekoppelten Quantenmechanik (QM) - Kontinuumsmechanik (KM) - Ansatz zur Analyse elektro-elastischer Probleme. Trotz der Anstrengungen, die bereits unternommen wurden um die verschiedenen Modelle zur Beschreibung des Verhaltens von Materie zusammenzuführen, gibt es noch offene Fragen, die weiterer Klärung bedürfen. Zunächst gilt es einen effizienten, auf Finiten Elementen (FE) basierenden Lösungsansatz für die Kohn-Sham (KS) Gleichungen im Rahmen der Dichte-Funktional Theorie (DFT) weiter zu entwickeln. Die Hauptaugenmerke liegen hierbei auf der Wahl eines Fehlerschätzers als Grundlage einer h-adaptiven Netzverfeinerung fuer nicht-lokale pseudo-potentiale, der Netzanpassung während der Strukturoptimierung und der Formulierung der Deformationsabbildung. Derzeit existiert keine open-source Implementierung eines DFT-Ansatzes auf Basis einer FE-Modellierung die über eine hp-adaptive Netzanpassung verfügt. Eine Kontrolle der Randbedingungen und die Möglichkeit einer adaptiven Netzverfeinerung ist jedoch unabkömmlich, um eine erfolgreiche Kopplung zwischen KM und QM zu ermöglichen. Eine DFT-Formulierung, die auf der Verwendung von FE basiert zeichnet sich insbesondere durch eine Vollständigkeit der Basis, die Möglichkeit der Netzverfeinerung sowie guter Polarizationseigenschaften als unmittelbare Folge der Gebietsunterteilung aus. Weiterhin werden die Feldgrößen der QM in direkten Bezug zu den entsprechenden Feldgrößen der KM gesetzt (z.B. Verschiebungen, Deformationsgradient, Piola-Spannungen, Polarisation etc.). Dies wird durch eine Mittelung in der Referenzkonfiguration erreicht. Hierzu muss eine vollständige Lösung der KS Gleichungen für die gewählte FE Basis vorliegen. Dieses Vorgehen soll an einem repräsentativen numerischen Beispiel - der Biegung eines Kohlenstoffnanoröhrchens - validiert werden. Im Bereich der KM soll eine um Oberflächeneffekte erweiterte Modellierung verwendet werden, um den Einfluss der Oberfläche auf das Verhalten des Kontinuums abzubilden. Obwohl diese Effekte bereits Gegenstand intensiver theoretischer Untersuchungen sind, wurde bisher noch kein Versuch unternommen diese Ansätze auch an numerischen Beispielen zu validieren. Abschließend soll ein gekoppelter QM-KM Ansatz vorgeschlagen werden. Die Kopplung selbst soll hierbei gestaffelt erfolgen, d.h. die QM und KM Probleme werden iterativ gelöst und tauschen Informationen untereinander aus. Als Test-Problem soll hierbei die Rissausbreitung in einer Graphene-Schicht dienen. Als Fernziel des Projektes soll eine Anwendung des gekoppelten Ansatzes auf Probleme im Gebiet der Elektro-Elastizität erfolgen. Nach meinem Kenntnisstand ist keine der verfügbaren QM-KM Kopplungen in der Lage, Probleme im Gebiet der Elektro-Elastizität zu lösen.
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PPP Kanada
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Scientific goals of this project are:
(1) to perform confocal,multiphoton and plate reader live cell imaging in P. falciparum-infectederythrocytes, erythrocyte ghosts, isolated parasites, isolated digestivevacuoles and non-infected erythrocytes
(2) to record Fluo-4fluorescence as measure for drug/solute export from the digestive food vacuoleusing recently established 'reverse Ca2+imaging'
(3) to assess PfMDR1 pumprates in different drug resistant and sensitive strains with various copynumbers for PfMRD1 mutations: Dd2, K1. 3D7 will serve as a control
(4) to performimmuno-gold labelling experiments to assess the transporter expression densityon the food vacuolar membrane
(5) to implement thekinetics and steady state data in multi-compartment models to predict solutefluxes in live parasites, i.e. passive diffusion-driven vs. active pump ratesand extract the pump rates for drug resistance per molecule, for the first time
(6) to test for new drugefficiencies in isolated food vacuoles using previously identified newartemisinin-derived 2nd generation trioxane-ferrocene hybrids
Within the project period,confocal experiments are performed in the Canadian labs while all multiphotonimaging experiments will be carried out in the new PC2 research facilities ofthe German partner. Fluo-4 Ca2+ recordings will be performed bytracing fluorescence uptake kinetics in the prepared multi-compartment systems.Infected RBCs represent the full compartmentalised system with intact parasitesand digestive vacuoles (DV). Bioseparation procedures established by us allowenrichment of isolated DVs and intact parasites in bioreactors. Afterharvesting parasitic material from resistant (K1, Dd2) and sensitive strains(3D7), Fluo-4 will be added and time-lapse imaging for compartmentalfluorescence performed. From that, we will be able to extract dye uptake curvesand calculate overall pump rates for drug resistant strains and correlate thoseto the PfMDR1 copy number. The DV isolation procedure has been adopted from ourCanadian partner. In extension of our previous work, obtaining the overall pumprates for PfMDR1 to extrude solutes and drugs from the DV, is still biased bythe unknown expression density of the transporter. This missing link will beprovided by immuno-gold-electron microscopy which has been established in thelab of the Canadian partner to be adopted during the project in the Germanlabs. Using plate reader assays, imaging information is translated intohigh-throughput technology, in particular for the isolated DVs, where spatialinformation is no longer compromised by outer cellular compartments. For noveldrug efficiency testing, the isolated DV plate reader assay will be used totest for 2nd generation trioxane-ferrocene compounds.
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Faserbündel- und Fasernetzwerkmodelle für das Versagen von Werkstoffen mit hierarchischer Mikrostruktur
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Januar 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Viele Biomaterialien, aber auch manche Werkstoffe der Ingenieurwissenschaften, weisen hierarchische Mikrostrukturen auf, wobei lasttragende Elemente in hierarchischer Weise zu Modulen zusammengefasst sind, welche ihrerseits Module höherer Ordnung bilden (man denke an ein Drahtseil). In Biomaterialien können in dieser Weise zahlreiche Ebenen ineinander geschachtelt sein: bis zu 7 Hierarchieebenen finden sich beispielsweise in Sehnen. Hierarchische Materialien weisen auch dann hohen Widerstand gegen mechanisches Versagen auf, wenn ihre elementaren Komponenten unzuverlässig und defektbehaftet sind. Es ist unsere zentrale Forschungshypothese, dass dies auf zwei komplementäre Aspekte der hierarchischen Mikrostrukturorganisation zurückzuführen ist: Einerseits die Fähigkeit zur effizienten Lastumverteilung, die gegen Systemversagen durch diffuse Schädigung und Schädigungsperkolation schützt, andererseits die Fähigkeit, Versagensprozesse in einzelnen Modulen zu lokalisieren, was das Versagen durch überkritisches Wachstum lokaler Risse verzögert oder sogar verhindert. Das Zusammenspiel von systemweiter Kohärenz und modularer Lokalisierung ist ein allgemeines Phänomen bei Prozessen in hierarchisch-modularen Systemen und findet sich auch in anderen Zusammenhängen, beispielsweise in metabolischen Netzwerken oder neuronalen Systemen, wie sie in jüngster Zeit von statistischen Physikern untersucht wurden (z.B. P. Moretti und M. Munoz, Nature Communications 4, 2013). In diesem Projekt wollen wir zu einem grundlegenden konzeptuellen Verständnis des Versagens unter Last von Materialien mit hierarchischer Mikrostruktur gelangen. Wir betrachten Materialien, die auf der kleinsten Skala aus unzuverlässigen Elementen mit einer großen Streuung der Festigkeitseigenschaften bestehen. Insbesondere wollen wir herausfinden, ob Versagen solcher Materialien durch diffuse Schädigungsperkolation oder aber durch Nukleation und Wachstum lokalisierter Risse erfolgt, und wir wollen die damit im Zusammenhang stehende Frage klären, ob sich aus dem Verlauf der Schädigungsakkumulation Voraussagen hinsichtlich des Versagenszeitpunkts ableiten lassen. Schließlich fragen wir auch, wie sich die Versagenseigenschaften von hierarchischen Materialien im Vergleich zu nichthierarchischen Referenzsystemen darstellen, und wie eine im Hinblick auf Zerreisspannung oder Zähigkeit optimierte Mikrostruktur aussehen könnte. Die vorgeschlagene Forschung ist konzeptueller Natur, wir konzentrieren uns daher auf idealisierte, generische Modelle für Versagensprozesse, nämlich (hierarchische) Faserbündel- und Leiternetzwerkmodelle (random fuse models). Das Projekt ist als Vorstufe eines größeren Forschungsprojekts gedacht, bei dem in einer zweiten Stufe neben der quantitativen Modellbildung durch Stabwerks- und finite Elementmodelle die additive Fertigung von hierarchischen zellulären Materialien und deren mechanische Charakterisierung sowie strukturelle Optimierung stehen soll.
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PPP Indien - Gas-Feststoff-Strömungen: Experiment und Simulation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
PPP Australien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Braindiseases, e.g. multiple sclerosis or encephalitis, but also brain tumors (e.g.malignant glioblastomas) are associated with marked inflammation of the brainparenchyma which results in activation of immune-competent microglia cells inthe brain. Microglia are activated by sensing purinergic metabolites in theirenvironment (e.g. ATP, ADP), that result from necrosis of brain cells. Thenormally dormant microglia (MG) cells possess purinergic receptors, e.g.P2X/P2Y-receptor that bind those metabolites and initiate MG activation viaintracellular signaling cascades, but also through receptor-operated Ca2+influx (ROCE), followed by formation of macropores. MG cells then become motileand phagocytic, attack surrounding cells and sustain inflammation. As a result,edema formation may compromise the blood-brain barrier and increaseintracranial pressure. In malignant tumors, this inflammation-induced componentof brain edema worsens prognosis, while in primary inflammatory braindisorders, brain function becomes compromised. The elucidation of the exactrole of Ca2+ activation and signaling cascades alongside with screeningfor drugs to prevent MG activation is thus, of paramount interest inneuroscience.
Inthis project, the scientific goals are:
1. Tostudy the mechanistic roles of various Ca2+ entry pathways (e.g.ROCE, store-operated Ca2+ entry, SOCE) upon purinergic receptoractivation and their dependence on extracellular glutamate (excitatorytransmitter) by use of high-end multiphoton fluo-4 Ca2+ fluorescencemicroscopy
2. Todissect the time course of MG Ca2+ activation from macroporeformation and motility in isolated 2D MG cultures and co-cultures with neurons
3. Toengineer a high-throughput screening platform based on optical multi-well platereadout systems, i.e. ToxFinder,suitable for large compound screenings
4. Toscreen for compound libraries (e.g. small molecule libraries, algae extracts,marine organic molecules), traditional pathway blockers (e.g. U731- U733,wortmanin) and antibiotics (e.g. minocycline) on their potency to prevent MGactivation
To test effective compounds from (4) in a setting of (1) on an animalmodel of malignant glioblastoma cell lines (rodent RG2, murine GL261 gliomacells) in co-cultures with MG cells (BV2)
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Strukturoptimierende Identifikation nichtlinearer Systeme mittels elitärer Partikelfilterung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Juli 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Identifikation realer physikalischer und technischer Systeme ist eine klassische Grundaufgabe der statistischen Signaltheorie, bei der zunehmend auch nichtlinear in den Koeffizienten variierende gedächtnisbehaftete Modelle (im Folgenden: gedächtnisbehaftete NIK-Modelle) als neue Herausforderung betrachtet werden. Relevant sind solche Modelle insbesondere für elektromagnetische und elektroakustische Wandler im nichtlinearen Betrieb (z.B. Hysterese, Übersteuerung). Ausgehend von eigenen und anderen Vorarbeiten erscheint es sehr vielversprechend, Methoden für eine strukturoptimierende Systemidentifikation mit gedächtnisbehafteten NIK-Modellen anzustreben, bei der neben den Modellkoeffizienten gleichzeitig auch die zugrunde liegenden Strukturparameter (z.B. Modellordnung) optimiert werden. In diesem Projekt soll gezeigt werden, dass das unlängst von den Antragstellern veröffentlichte generische EPFES (engl. Elitist Particle Filter based on Evolutionary Strategies)-Verfahren entscheidende Anforderungen an ein solches Systemidentifikationsverfahren erfüllt um den Stand der Forschung signifikant voranzubringen. Anders als klassische Methoden, die auf linearisierten Modellen oder lokalen Optimierungsverfahren basieren, kombiniert das EPFES-Verfahren grundlegende Methoden des maschinellen Lernens und der genetischen Algorithmen, um Koeffizienten als Zufallsvariablen zu modellieren und deren Realisierungen (sog. Partikel) basierend auf Langzeitfitnesswerten zu evaluieren. Das EPFES-Verfahren wurde bisher für zeitvariante gedächtnislose Nichtlinearitäten verifiziert und soll in diesem Antrag sowohl konzeptionell verallgemeinert als auch mit Modell- und Strukturoptimierung kombiniert werden, um eine universelle Identifikation gedächtnisbehafteter NIK-Modelle zu erreichen. In Arbeitspaket 1 gilt es daher das dem EPFES-Ansatz zugrunde liegende, heuristisch motivierte Partikel-Evaluationsverfahren durch die Einbeziehung der Erkenntnisse benachbarter Forschungsgebiete (z.B. Partikelschwarmoptimierung) zu verbessern und schließlich gedächtnisbehaftete Modelle basierend auf neuronalen Netze (z.B. mit Rückkopplungen) zu identifizieren. In Arbeitspaket 2 soll zur Modelloptimierung physikalisches Vorwissen über den Ansatz der Significance Awareness in die EPFES-basierten Verfahren einfließen. In Arbeitspaket 3 werden zur weiteren Strukturoptimierung konkurrierende Modellinstanzen kombiniert. Abschließend soll das bis dahin entwickelte Verfahren auf die mehrkanalige Systemidentifikation übertragen und in unterschiedlichen Transformationsbereichen (z.B. im Wellenbereich) untersucht werden. Die experimentelle Verifikation der neu entwickelten Verfahren soll sich wegen der besonders herausfordernden Signaleigenschaften, aber auch wegen der praktischen Relevanz und der relativ leicht messbaren Signale, auf Aufgabenstellungen der akustischen Signalverarbeitung konzentrieren. -
Arbeitsgebiet Erweiterung des Potenzials von SEBM durch verbesserte Elektronenstrahltechnologie
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016Um die Einschränkungen der Elektronenstrahlkanonen kommerziell erhältlicher Anlagen und die damit beschränkte Prozesskontrolle zu überwinden, wurde die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzt und die gesamte Steuerung der Anlage hardwareseitig neu aufgebaut. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone bestückt sowie mit einem Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automatischer Strahlkalibrierung.
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PPP Australien
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Theheart provides constant pumping activity and its cells are exposed to largetensile strain challenges during systolic pumping but moreover, during diastolicfilling. In order to balance mechanical wall tension, pathological conditionsof hypertension or increased afterload are answered by chronic organ andcellular remodeling, i.e. hypertrophy. Hypertrophic signaling in cardiomyocytes(CM) is complex and involves upregulation of mechanosensitive channels MSC, ofwhich canonical transient receptor potential channels (TRPC) are crucial inmammals. It is assumed that aberrant activation of MSCs in general, and of TRPCsin particular, trigger Ca2+ influx and Ca2+-mediatedhypertrophic signaling that leads to hypertrophy, but also to life-threateningarrhythmias due to Ca2+ overload. The link between TRPC channels,their definite mechanosensitivity, and Ca2+ entry during systole anddiastole in heart failure has not been experimentally established, mainlybecause adequate mechatronics systems were missing. We have recently built anovel, isotropic cell stretch device to be used in conjunction with automated Ca2+fluorescence microscopy during defined applied cellular stretch to single CMs.This novel device will be implemented in this collaborative project to:
1) performsurface tracking and fluo-4 Ca2+ fluorescence recordings of putativeCa2+ entry in single CMs coated on PDMS membranes subjected toisotropic radial stretch between 0% and 20%
2) performexperiments as in (1) in normal mouse CMs and CMs from a relevant cardiachypertrophy model (transaortic constriction, TAC) as well as in an immortalisedmurine cell line of ventricular cardiomyocytes (HL-1)
3) studyhypertrophic signaling in single CMs from control and TAC mice establishingTRPC isoforms (Western blots, Immuno-fluorescence), resting Ca2+levels and Ca2+ transients during field-stimulation
4) evaluateisotropic stretch-induced Ca2+ entry in TAC-CMs towards mechanosensitivityusing specific MSC blockers (GsMTx-4) and TRPC blockers (e.g. OAG)
5) assessa potential crosstalk between endothelium and ventricular CMs bypre-conditioning endothelial cells with various stretch regimes and assessingthe mechano-response of Ca2+ entry in CMs acutely challenged withsupernatant from such endothelial cells
Through the application of both active (field-stimulation) and passive(isotropic stretch) regimes in mechanically challenged CMs, the contribution ofMSC towards early Ca2+-driven hypertrophic signaling will beclarified for the first time.
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Modellierung und Analyse komplexer Systeme
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016Die heutige Computertechnologie unterstützt Forscher und Wissenschaftler bei der Entwicklung ihrer komplexen Ideen und innovativen Technologien. Der Einsatz solcher neuen Ideen und Technologien in einem immer komplexer werdenden technischen und ökologischen Gesamtsystem wird in diesem Projekt untersucht. Dabei kann es sich um Produktionssysteme, Transportsysteme, Computernetzwerke, Smart Grids oder auch eine Kombination solcher Systeme handeln.Die Modellierung und Analyse solcher komplexen Systeme wird durch leistungsfähige Datenstrukturen und Algorithmen unterstützt, welche erst den Einsatz gängiger PCs für die Berechnungen ermöglichen. Dabei werden zum Beispiel Datenstrukturen wie Multi-Valued Decision Diagrams (MDDs), analytische Verfahren aus der Warteschlangentheorie, hybride Simulation, gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung und auch auf das System zugeschnittene Kombinationen eingesetzt.
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Fuzzy-arithmetische Modellierung von Prozessen mir unsicheren Parametern
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 28. Februar 2019
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR) -
Forschungsinfrastruktur
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Siemens AG -
Präzise Simulation von Festkörperverstärker
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Laser mit kurzen und ultrakurzen Pulsen werden in vielen technischen Anwendungen benötigt. Aktuell wird insbesondere an der Entwicklung leistungsstarker Ultrakurzpulslaser geforscht, weil diese insbesondere in der Automobilindustrie von bedeutendem Interesse sind. Da die Weiterentwicklung von Laserresonatoren an technische Grenzen stößt, geraten Laserverstärkern immer mehr in den Fokus der Forschung zur Entwicklung von neuartigen Lasern. Die Simulation von Laserverstärkern ist ein wichtiges Werkzeug um die Entwicklungen neuer Laserqellen zu ermöglichen und zu unterstützen. Der Grund hierfür sind die komplexen physikalischen Phänomene in Laserverstärkern die durch Simulationenanalysiert werden können. Hierzu gehören zum Beispiel die genaue 3-dimensionale Simulation der Doppelbrechung, der Depolarisation, der thermischen Effekte oder auch die genaue Berechnung von nichtlinearen Effekten in Ratengleichungen.Während an der Weiterentwicklung von Lasern viel geforscht wird, wird die Grundlagenforschung im Bereich der Entwicklung neuer Simulationstechniken in der Lasersimulation bis jetzt noch vernachlässigt. Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, neue Modelle und Berechnungsalgorithmen zur Simulation von Laserverstärkern zu entwickeln. Das aktive Medium ist dabei ein Festkörper, wie zum Beispiel Yb:YAG. Simuliert werden soll die Verstärkung kurzer und ultrakurzer Laserpulse mit niedriger und hoher Repetitionsrate. Berücksichtigt werden hierbei thermische Effekte, Depolarisationseffekte und das spektrale Verhalten im Laserverstärkern. Modelliert werden sollen Verstärker mit Einfach- , Doppel- , und Mehrfachdurchgang. Eine zentrale wissenschaftliche Fragestellung ist, welche Simulationstechniken wie geeignet kombiniert werden müssen, um das Verhalten der Verstärker genau berechnen zu können. Dabei sollen auch neue effiziente Simulationstechniken entwickelt werden. Ziel ist es einerseits, eine genau Simulation zu erhalten, andererseits jedoch möglichst keine zu rechenintensiven Algorithmen zu verwenden. Dies verlangt den Vergleich unterschiedlicher Simulationstechniken.
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Eine hybride Sampling-Stochastische-Finite-Element-Methode für polymorphe, mikrostrukturelle Unsicherheiten in heterogenen Materialien
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1886: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. März 2020
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens auf der Methodenseite ist es, eine vom Rechenaufwand handhabbare numerische Methode zu etablieren, die es erlaubt, polymorphe Unsicherheiten in großdimensionierten Problemen (die z.B. im Rahmen der numerischen Analyse der Mikrostruktur heterogener Materialien entstehen) zu erfassen. Dazu wird die Methode auf der einen Seite unscharfe Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Zufallsparameter (die die Geometrie der Mikrostruktur beschreiben) berücksichtigen und auf der anderen Seite wird die Methode nur auf wenigen reduzierten Basismoden beruhen. Diese Bausteine werden es ermöglichen, zusätzlich zu epistemischen auch aleatorische Unsicherheiten in einer numerisch zugänglichen Art und Weise zu behandeln.Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens auf der Anwendungsseite ist es, ein nicht-deterministisches, makroskopisches Materialmodel zu etablieren. Das Model wird einerseits der Heterogenität der dem Material zugrundeliegenden Mikrostruktur durch numerische Homogenisierung Rechnung tragen und andererseits polymorphe Unsicherheiten in der Geometriebeschreibung der Mikrostruktur erfassen. Das so formulierte nicht-deterministische, makroskopische Materialmodel stellt somit den notwendigen Startpunkt für den Entwurf makroskopischer Ingenieurstrukturen unter Berücksichtigung polymorpher Unsicherheiten in der Beschreibung der, heterogenen Materialien zugrundeliegenden, Mikrostruktur dar.
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Modellierung, Entwurf, und Implementierung eines molekularen Kommunikationssystems
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. April 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Multi-scale Modeling and Simulations of Multi-phase Flows
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Multiscale Modelling, Simulation and Optimization for Energy, Advanced Materials and Manufacturing
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Availability of adequate, clean and affordable energy is critical for realizing basic human needs and further economic development. Modern society is heavily dependent on electricity (industry, lighting, transportation, communications and so on). The current energy systems are mainly dependent on fossil carbon (oil, gas and coal). According to the recent world electricity generation statistics (see www.eia.gov/oiaf/ieo/index.html), about 42% of the energy is generated using coal. In India, the share of coal in electricity generation is more than 60% (http://powermin.nic.in). Considering this, any efforts in expanding the energy availability are bound to increase the environmental impact (carbon footprint, water footprint, impact on human health). In addition, coal power plants are proven to have the highest impact on human health among the electricity production processes. It is therefore essential to make every effort to reduce the environmental footprint of energy systems and develop more efficient and cleaner energy generation technologies. In the conventional pulverized coal (PC) based power plants, coal combustion is used to generate steam and then electricity. In contrast, in coal gasification based systems, the coal is converted into syngas (mainly CO, H2) which can be easily cleaned and then converted into either electricity via the IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) route or into synthetic fuels (gasoline, diesel, etc.). Owing to local availability of biomass, it is also desired to gasify the biomass or co-gasify it with coal for generation of electricity locally.
There are several challenges in improving the performance of the coal combustion boilers or in development of IGCC based power generation process using coal or biomass or a mixture of coal and biomass. Most of the processes employ one or other type of fluidized bed and one of the important challenge is efficient design of fluidized bed gasifiers for gasification coal or biomass or a mixture of coal and biomass. In order to develop simulation tools that can be used for design, scale-up and performance optimization of large-scale coal-fired boilers or gasifiers, it is important to understand the fluidization behavior of binary particle mixtures with varying size, shape and density.
In addition to coal based energy (power generation or liquid fuels), there are several important applications that involve gas-liquid flow through packed beds, for example, in oil refining industry for trickle bed reactors used for removal of Sulfur from liquid fuels, gas-liquid absorption columns, etc. In all such processes, it is important to understand how the local liquid distribution changes as a function of local porosity, surface wettability characteristics. It is therefore important to develop computational tools that can simulate gas-liquid flow in packed beds.
One objective of this project to perform Lattice-Boltzmann simulations of unary and binary particulate flows, with a large number of particles, to understand the effects of particle size, shape and density on fluidization characteristics (flow regimes, bubbling characteristics, solid volume fraction, mixing & segregation characteristics) . The numerical results will be validated with high-speed visualization imaging experiments to characterize fluidization behavior of unary and binary particles and also to perform continuous phase velocity flow field measurements using Time-Resolved Particle Image Velocimetry (TR-PIV). Furthermore, direct numerical simulations (DNS) of unary and binary particles with smaller number of particles will be carried out to derive the closure models for Eulerian (continuum) simulations. Additionally, simulations of gas-liquid two-phase flow through geometrically resolved packed beds will be performed and compared with high-speed visualization imaging and Particle Image Velocimetry experiments to characterize flow of gas and liquid phases through small specimens of liquid filled packed beds.
The expected outcomes of this project are experimentally validated computational models to simulate unary and binary particulate flows and the development of closures for continuum (Eulerian) models for simulation of binary particles based on direct numerical simulations. Furthermore, a deeper understanding of particle-particle interactions and the effects of particle properties (size, shape, density, etc.) on dynamic characteristics of fluidization and mixing/segregation of binary particles is aspired. Also the effects of particle size/shape, bed porosity and surface characteristics on local velocity flow fields and gas-liquid distribution will be analyzed
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Komplexität der benutzerfreundlichen IT-Sicherheit
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2016
Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) -
Latenz- und Elastizitätsbewusster Netzwerkbetrieb
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Das Projekt entwickelt Transportkanäle für Cyber-physische Netzwerke. Solche Transportkanäle müssen Latenz- und Resilienz-gewahr sein; d. h. die Latenz, welche die Anwendung sieht, muss vorhersagbar und in gewissen Grenzen, u. a. durch eine Balance von Latenz und Resilienz, garantiert sein. Dies ist nur möglich durch einen neuartigen Transport-Protokollstapel und dessen adäquaten Unterbau (Betriebssystem sowie die Betriebssystem-nahen Ebenen des Protokollstapels). Dazu führt das vorliegende Vorhaben die Disziplinen Betriebssysteme/Echtzeitverarbeitung und Nachrichtentechnik/Informationstechnik zusammen.Ziel ist es, den Transportprotokollstapel PRRT (Predictably Reliable Real-Time Transport) zu einem hocheffizienten Multihop-Protokoll mit Domänenseparation weiterzuentwickeln, mit einem ebenfalls zu entwickelnden Echtzeitbetriebssystem- und Netzwerkunterbau auf der Basis eines Latenz-gewahren Betriebssystemkerns mit wartefreier Synchronisation (POSE, "Predictable Operating System Executive") zu versehen und die statistischen Eigenschaften des Gesamtsystems (RNA, "Reliable Networking Atom") in Bezug auf Latenz- und Resilienzgarantien zu optimieren und zu dokumentieren.
Eine Testumgebung basierend auf Software-definierten Netzen zur Validierung des Systems in echten Weitverkehrsszenarien ist verfügbar. Die entwickelten Komponenten werden anderen Projekten innerhalb der durch das Schwerpunktprogramm organisierten Workshops vorgestellt und stehen diesen für die Gesamtdauer des Schwerpunktprogramms zur Verfügung.
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Privacyfreundliches Speichern in der Cloud (B04)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1223: Methoden und Instrumente zum Verständnis und zur Kontrolle von Datenschutz
Laufzeit: seit 1. Januar 2016
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Moderne Cloudspeicher bergen Risiken für die Privatsphäre sowohl der Datenbesitzer als auch der Datennutzer. Wie lässt sich eine feingranulare Zugangskontrolle realisieren, ohne die Zugriffsmuster zu offenbaren? Wie können Datennutzer unterstützt werden, ohne die Identität von Datenbesitzern zu offenbaren? Wir untersuchen datenschutzwahrende ausgelagerte Datenbanken mit multiplen Datenbesitzern und -nutzern. Dazu gehören geeignete Datenschutzkonzepte, kryptographische Primitive, die diese Konzepte unterstützen, Nutzerzugriff durch Auswertung dedizierter Funktionen auf (verschlüsselten) Daten, Trade-Offs zwischen Datenschutz und Funktionalität, sowie minimale kryptographische Annahmen. Wir werden die Anwendung unserer Techniken im Kontext von Public Logs erforschen.
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Multi-Parameter-Bestimmung in technischen Verbrennungssystemen mittels breitbandiger Hochgeschwindigkeits-Absorptionsspektroskopie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 1. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Anwendung eines neuartigen sensitiven Hochgeschwindigkeits-Absorptions-Messsystems zur umfassenden Charakterisierung von Verbrennungsprozessen. Das geplante Messsystem ermöglicht erstmals die simultane Highspeed-Detektion von Temperatur (über H2O-Absorptionslinien) und wichtiger Verbrennungsintermediate (H2O2, C2H2) sowie Hauptverbrennungsprodukte (H2O, CO2, CO) in einem weiten Temperatur- und Druckbereich. Zentrale Komponenten stellen dabei eine Superkontinuum-Lichtquelle sowie eine Hochgeschwindigkeits-Nah-Infrarot-Zeilenkamera dar. Die neuartige Lichtquelle überwindet die limitierte spektrale Bandbreite aktueller absorptionsspektroskopischer Ansätze für das Erreichen der geplanten Forschungsziele. Der Zeilendetektor ermöglicht Aufnahmeraten bis zu 10 kHz und wird als Sensor eines hochauflösenden, modular aufgebauten Spektrographen eingesetzt. Das Messsystem ermöglicht aufgrund der hohen spektralen Leistungsdichte der Superkontinuum-Lichtquelle zudem den Einbau einer optischen Kavität zur Wegstreckenverlängerung im Messvolumen und damit eine signifikante Steigerung der Sensitivität, ohne dabei die Detektionsgeschwindigkeit reduzieren zu müssen. In der ersten Projektphase wird das Messsystem aufgebaut und grundlegend charakterisiert. Hierbei stehen die Linearitätsüberprüfung des Zeilendetektors sowie die Bestimmung des Auflösungsvermögens und damit der Instrumentenfunktion des Spektrographen im Fokus. Weiterhin wird der Einfluss zusätzlicher teilreflektierender Flächen innerhalb der Kavität auf die effektive Wegstreckenverlängerung quantifiziert. Im Anschluss wird mit Hilfe von Kalibriermessungen eine Auswerteroutine entwickelt und das Messsystem an einem 1D-Flachbrenner angewendet. Schließlich wird eine Multi-Parameter-Bestimmung unter den realistischen motorischen Randbedingungen einer Rapid Compression Machine (RCM, Einhubtriebwerk) realisiert. In der RCM werden die zweistufigen Verbrennungscharakteristika unterschiedlicher Ersatzkraftstoffe bei variiertem Restgasgehalt und Verdichtungsverhältnis untersucht. Die Temperaturentwicklung vor und innerhalb des Zündprozesses sowie die Vorentflammungsdauer und die maximal auftretenden Temperaturspitzen stellen hierbei entscheidender Parameter für die Weiterentwicklung von modernen Brennverfahren wie der Niedertemperaturverbrennung (Low Temperature Combustion, LTC) dar. Nach erfolgreicher grundlegender Anwendung erfolgt in einer zweiten Projektphase die Applikation des entwickelten Messsystems an einen optisch zugänglichen Forschungsmotor. Zusätzlich steht der Aufbau eines tomographischen Sensors zur zyklusaufgelösten 2D-Temperaturerfassung im Brennraum im Fokus. -
Selbstorganisation sphärischer kolloidaler Partikel in anisotrope Überstrukturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. August 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Strukturierung von Materialien und Oberflächen im Nanometerbereich kann die Eigenschaften des Materials stark verbessern oder sogar zum Entstehen von völlig neuartigen Eigenschaften führen. Die Herstellung solcher Nanostrukturen ist aufgrund der extrem kleinen Größe technologisch anspruchsvoll. So bedarf es zur Herstellung mittels traditionellen, top-down Fertigungsverfahren aufwändige Instrumente und eine staubfreie Umgebung in einem Reinraum. Eine weitverbreitete Nutzung und Untersuchung solcher Strukturen wird so verhindert. Alternativ lassen sich Nanostrukturen durch sogenannte bottom-up Prozesse erzeugen. Hierbei werden kleine, nanoskalige Bausteine in geordnete Überstrukturen angeordnet. Von besonderem Interesse sind dabei sphärische Polymerkolloide, die sich zuverlässig mittels Emulsionspolymerisationen im Größenbereich zwischen 100nm und 1µm synthetisieren lassen. In einfachen Prozessen können sich solche Partikel in geordnete, zweidimensionale Strukturen, sogenannten Kolloid-Monolagen selbstorganisieren und geben so einen einfachen Zugang zu Nanostrukturierungen. Die größte Herausforderung für diese Technik besteht in der momentan eingeschränkten Auswahl an zugänglichen Strukturen. Bedingt durch die sphärische Struktur der Partikel und deren Packungseigenschaften sind momentan fast ausschließlich hexagonale Überstrukturen zugänglich.Dieses Projekt zielt darauf ab, Methoden zu entwickeln, sphärische Polymerkolloide in komplexere, anisotrope Strukturen anzuordnen und damit das Feld der Kolloid-Selbstorganisation zu erweitern. Es ist von theoretischen Betrachtungen bekannt, dass sich sphärische Kolloide unter bestimmten Umständen in anisotrope Ketten anordnen können. Die Bedingung hierfür ist die Modifikation des Interaktionspotentials um eine langreichweitige, abstoßende Komponente. Simulationen solcher Strukturen zeigten, dass die Ausbildung von Ketten durch die Minimierung des Überlapps dieser abstoßenden Regionen zwischen benachbarten Ketten zustande kommt. Eine experimentelle Realisierung steht noch aus. In Vorarbeiten entdeckten wir, dass Polymerkolloide an der Luft/Wasser Grenzfläche in Gegenwart von bestimmten oberflächenaktiven Substanzen unter Komprimierung kettenförmige Überstrukturen ausbilden. Die starke Ähnlichkeit der beobachteten Strukturen mit Computersimulationen unter Annahme einer weichen Schale mit abstoßendem Potential legt einen ähnlichen physikalischen Ursprung der Kettenbildung nahe. Unsere Hypothese ist daher, dass sich bestimmte oberflächenaktive Substanzen bevorzugt mit der Partikeloberfläche wechselwirken und sich so um die Partikel aufkonzentrieren. Als Resultat resultierte so eine abstoßende Wirkung zwischen zwei Partikeln.In dem Projekt beantragen wir Mittel für eine detaillierte Untersuchung, die Entwicklung eines Phasendiagrams und eines grundlegenden Verständnis des Phänomens, um prädiktiv und zuverlässig anisotrope Strukturen aus isotropen Komponenten auf der Nanoskale herstellen zu können.
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Automatische Erkennung von Wettlaufsituationen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016
URL: http://www2.informatik.uni-erlangen.de/research/AuDeRace/Große Softwareprojekte, an denen hunderte Entwickler arbeiten, sind schwer zu überblicken und enthalten viele Fehler. Zum Testen solcher Software haben sich automatisierte Tests bewährt, die Teilbereiche der Software (Unit-Tests) oder die komplette Software (Systemtest) testen und Fehler reproduzierbar erkennen können. Dieses Vorgehen funktioniert gut bei sequentiellen Programmen, die ein deterministisches Verhalten aufweisen. Moderne Software enthält jedoch vermehrt Parallelität. Durch diese Nebenläufigkeit treten etliche neue, teils schwer zu lokalisierende, Fehler auf, die nicht mehr durch herkömmliche Testverfahren sicher detektiert werden können. Dazu gehören vor allem Verklemmungen und gleichzeitige Zugriffe auf die selbe Speicherstelle. Ob ein solcher Fehler auftritt, hängt von dem konkreten Ausführungsplan der Aktivitätsfäden ab. Dieser unterscheidet sich jedoch bei jeder Ausführung und ist auch stark von dem darunterliegenden System abhängig. Somit treten entsprechende Fehler normalerweise nicht bei jedem Testlauf auf, je nach Testsystem sogar niemals. Aus diesem Grund sind die herkömmlichen Testverfahren nicht mehr ausreichend für moderne, nebenläufige Software.
In dem Projekt AuDeRace werden Verfahren entwickelt, die Nebenläufigkeitsfehler reproduzierbar, effizient und mit möglichst geringen Aufwand für Entwickler erkennen können. Unter anderem wird eine Technik entwickelt, die es ermöglicht, Tests um einen Ablaufplan zu erweitern, durch den die Ausführung weiterhin deterministisch bleibt. Ein weiteres generelles Problem an Tests bleibt dabei aber bestehen: Der Entwickler muss sich zunächst Testfälle überlegen und diese anschließend implementieren. Insbesondere im Kontext von Parallelität ist es aber extrem schwer, sich das Verhalten von Programmen vorzustellen und problematische Stellen zu identifizieren. Deshalb sollen kritische Stellen automatisiert erkannt werden, bevor überhaupt entsprechende Tests geschrieben wurde. Es existieren bereits Ansätze, potentiell kritische Stellen zu detektieren, allerdings werden dabei entweder sehr viele fälschliche Warnungen generiert oder die Analyse ist immens zeitintensiv. Ziel dieses Projektes ist es, durch eine geeignete Kombination aus statischer und dynamischer Analyse, die Anzahl an falschen Erkennungen zu reduzieren, bzw. langsame Analysen zu beschleunigen, sodass die Verfahren nicht nur in kleinen Testbeispielen funktionieren, sondern auch komplexe Softwareprojekte effizient analysieren können.Im Jahr 2016 wurden bestehende Ansätze und Programme auf ihre Tauglichkeit untersucht. Dabei wurde ein vielversprechendes Verfahren ausgemacht, das mithilfe von Model Checking und vorgegebenen Bedingungen Ablaufpläne konstruiert, die ungewolltes Verhalten erzeugen. Allerdings zeigten die Ergebnisse ein deutliches Problem hinsichtlich eines produktiven Einsatzes, da in sinnvoller Zeit nur sehr kleine Programme analysiert werden konnten. Daher beschäftigte sich das Projekt damit, die Programme um möglichst viele Anweisungen zu kürzen, die nichts mit den gesuchten Wettlaufsituationen zu tun haben. Dadurch sollen spätere Analysen beschleunigt werden.
Im Jahr 2017 wurden die Untersuchungen zur automatischen Reduktion von Programmen weitergeführt. Außerdem wurde erforscht, ob sich die existierende Technik des Mutationstestens auch auf nebenläufige Programme erweitern lässt. Die Ergebnisse zeigen, dass es durchaus möglich ist, Tests für eine parallele Software qualitativ zu bewerten. Allerdings muss teilweise auf Heuristiken zurückgegriffen werden, um auch größere Projekte in vertretbarer Zeit bewerten zu können.
Im Jahr 2018 lag der Fokus auf einer deterministischen Ausführung von Testfällen. Es wurde ein Konzept erarbeitet, um reproduzierbare Ergebnisse bei der Ausführung zu erzielen: Ein zusätzlicher Ablaufplan spezifiziert das Ablaufverhalten der verschiedenen Aktivitäten. Eine Instrumentierung von vorher markierten Positionen im Code und anderen relevanten Bytecode-Instruktionen soll hier während der Ausführung entsprechend die Kontrolle an eine Verwaltungsaktivität abgeben, die den Ablauf steuert. Damit die Markierungen (Angabe von Positionen im Quellcode) auch nach Änderungen am Quellcode gültig bleiben, sollen diese automatisch auf eine neue Version angepasst werden können. Eine Merge-Technik ähnlich derer zu Versionsverwaltungssystemen soll hier eingesetzt werden.
Das Projekt stellte bis 2019 einen Beitrag des Lehrstuhls Informatik 2 zum IZ ESI (Embedded Systems Initiative, http://www.esi.fau.de/ ) dar. In diesem Rahmen wurden verschiedene Ansätze zur Verbesserung der Qualität nebenläufiger Software untersucht. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass verschiedenartige Verfahren notwendig und realisierbar sind, allerdings meistens die hohen Laufzeiten ein großes Problem darstellen.
Über das ESI Projekt hinaus wurde die Verwendung von Mutationstests durch die Entwicklung eines Werkzeugs zur Äquivalenzerkennung und Testfallgeneriung verbessert. Eine entsprechende Publikation wurde eingereich und angenommen.
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Numerical Simulation of Advanced Metal Forming Processes
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Multiscale Modelling, Simulation and Optimization for Energy, Advanced Materials and Manufacturing
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2020
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)Weight reduction while maintaining functional requirements is one of the major goals of engineering design and manufacturing so that materials, energy and cost are saved and environmental damage is reduced. Advanced grades of steel like ultra-low carbon interstitial free steels and ultra-high strength steels have been developed and are being used for critical automotive components. Lightweight materials like aluminium (Al) alloys offer great potential to reduce vehicle weight in auto industry by replacing the most commonly used materials, i.e. different grades of steel, because of their high strength to weight ratio, thermal properties, excellent corrosion resistance and easy machinability. Improvement in mechanical properties of aluminium alloys by alloying and heat treatment increased the application areas of these alloys in automotive and aerospace industries. In spite of a huge potential of Al alloys for the auto body and other applications for further weight reduction and fuel savings, the justification for replacement of steel with Al alloys is still questionable with conventional production processes because of high material cost and formability limitations. Therefore, advanced forming methods are needed in order to improve their formability. Hydro-forming, tailor welded blanks, warm forming and severe plastic deformation processes (such as cryorolling, accumulated roll bonding and constrained groove pressing) are some of the advanced forming techniques which are of great interest today.
For the project “Numerical Simulation of Advanced Metal Forming Processes” following scientific program has been defined.
• Numerical simulations and experimental investigations in the area of advanced metal forming will be conducted. It is expected that advanced forming techniques will enable increased usage of lightweight materials like aluminium in the automotive industry.
• Simulations using the finite element method and experimental investigations on advanced metal forming processes such as hydro-forming aimed at improving room temperature formability of aluminium alloys will be carried out.
• Different combinations of sheet and tube hydro-forming processes will be investigated.
• Warm forming processes such as stretch forming and deep drawing will be carried out on automotive grade aluminium alloys and will be simulated to predict an accurate failure criterion.
• Severe plastic deformation (SPD) process to produce ultra-fine grain materials with increased toughness will be studied. Processes such as accumulated roll bonding, cryo-rolling and constrained groove pressing will be studied using both aluminium and steel sheets. The process modification to suit the functional requirement of specific applications will be studied for the SPD processes. Microstructure and mechanical behavior of the processed sheets will be characterized.
• Finite element simulations will be performed for the above advanced forming processes using commercially available software such as LSDYNA and Abaqus. The simulations are aimed at understanding the fundamental mechanics of the forming process and to optimize the process parameters.
• Automated optical strain measurement system will be used to measure the surface strains on the formed components to validate and correlate with the finite element simulations.Following scientific outcomes are expected:
• Process modelling of hydro-forming and determination of optimal process parameters.
• Numerical prediction and development of failure criteria for warm forming of sheets.
• Formability improvement of ultra-fine grained automotive grade aluminium alloys produced through Severe Plastic Deformation by process modification and modeling. -
Stabilisierung von Elementen in hohen Koordinationszahlen: Topo-strukturelle Auswirkungen auf die Festigkeit von Gläsern
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1594: Topological Engineering of Ultra-Strong Glasses
Laufzeit: seit 1. Januar 2016
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Die Glastopologie beschreibt die Anordnung von Strukturelementen im Glas über kurze und mittlere Längenskalen und neueste Entwicklungen in der Constraint-Theorie erlaubten es, mechanische Eigenschaften einiger Glassysteme erfolgreich vorherzusagen. In diesem Projekt soll die tatsächliche Topologie von Glasnetzwerken durch Kombination komplementärer Methoden charakterisiert werden: Moderne Festkörper-NMR-Spektroskopie soll nicht nur eingesetzt werden, um durch Einsatz etablierter MAS-NMR- und MQMAS-NMR-Methoden die lokalen Strukturmotive (1 - 2Å: Natur der Netzwerkpolyeder, Bindungsverhältnisse, lokale Symmetrie) aufzuklären. Vielmehr sollen in einem zweiten Schritt auch die Frage beantwortet werden, wie sich die identifizierten Netzwerkpolyeder miteinander verknüpfen und letztendlich das ausgedehnte dreidimensionale Netzwerk ausbilden. Hier stehen seit einigen Jahren eine Vielzahl neuentwickelter Methoden zur Ermittlung der homo- und heteronuklearen Dipolkopplungen, sowohl durch den Raum als auch vermittelt über Bindungen, zur Verfügung. Als zusätzliche Methoden werden die Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (XANES), die weiteren Einblick in die Verknüpfung der Polyeder gibt, sowie Infrarot- und Raman-Spektroskopie eingesetzt.Es sollen zwei Glassysteme, die aus den Hauptkomponenten Al2O3-SiO2-P2O5 bestehen, untersucht werden, Silico-(alumo-)phosphatgläser sowie (Phospho-)alumosilicatgläser. In beiden Systemen soll der Einfluss von hohen Koordinationszahlen, insbesondere SiO6 in Phosphosilicaten und AlO5 und AlO6 in Alumosilicaten (wobei in letzterem System die hohen Koordinationszahlen durch Anwesenheit zusätzlicher Ionen hoher Feldstärke stabilisiert werden). Glassysteme mit geringen Konzentrationen an Trennstellensauerstoffen und somit hauptsächlich kovalenten Bindungen zeigen üblicherweise erhöhte Festigkeit. Die Kombination mit lokal erhöhten Koordinationszahlen sollte allerdings durch erhöhte Packungsdichten vorteilhaft sein, wenngleich dies vermutlich davon abhängt, ob die erhöhten Koordinationszahlen einen erhöhten ionischen Bindungscharakter (Al) nach sich ziehen oder nicht (Si). Die erhaltenen Ergebnisse zur tatsächlichen Topologie auf kurzen und mittleren Längenskalen werden mit Ergebnissen von mechanischen Untersuchungen mittels instrumentierter Mikro- und Nano-Eindringversuche, Brillouin-Spektroskopie und (in Kooperation) mechanischen in situ-Testverfahren kombiniert. Dabei besteht das Ziel nicht nur darin, makroskopische Größen wie Elastizitätsmodul, Rissbeständigkeit, Bruchzähigkeit und Härte mit der Glastopologie auf kurzen und mittleren Längenskalen zu korrelieren, sondern auch den Weg zu Gläsern mit maßgeblich erhöhter Festigkeit zu ebnen.
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Software-Wasserzeichen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016
URL: https://www2.cs.fau.de/research/SoftWater/Unter Software-Wasserzeichnen versteht man das Verstecken von ausgewählten Merkmalen in Programme, um sie entweder zu identifizieren oder zu authentifizieren. Das ist nützlich im Rahmen der Bekämpfung von Software-Piraterie, aber auch um die richtige Nutzung von Open-Source Projekten (wie zum Beispiel unter der GNU Lizenz stehende Projekte) zu überprüfen. Die bisherigen Ansätze gehen davon aus, dass das Wasserzeichen bei der Entwicklung des Codes hinzugefügt wird und benötigen somit das Verständnis und den Beitrag der Programmierer für den Einbettungsprozess. Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, ein Wasserzeichen-Framework zu entwickeln, dessen Verfahren automatisiert beim Übersetzen des Programms Wasserzeichen sowohl in neu entwickelte als auch in bestehende Programme hinzufügen. Als ersten Ansatz untersuchten wir eine Wasserzeichenmethode, die auf einer symbolischen Ausführung und anschließender Funktionsynthese basiert.
Im Jahr 2018 wurden im Rahmen von zwei Bachelorarbeiten Methoden zur symbolischen Ausführung und Funktionssynthese untersucht, um zu ermitteln, welche sich für unseren Ansatz am Besten eignet.
Im Jahr 2019 wurde ein Ansatz auf Basis der LLVM Compiler Infrastruktur untersucht, der mittels konkolischer Ausführung (concolic execution, eine Kombination aus symbolischer und konkreter Ausführung) ein Wasserzeichen in einem ungenutzten Hardwareregister versteckt. Hierzu wurde der LLVM-Registerallokator dahingehend verändert, dass er ein Register für das Wasserzeichen freihält. -
Eigenwertlöser für dünn besetzte Matrixprobleme: Skalierbare Software für Exascale-Anwendungen II (ESSEX-II)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: https://blogs.fau.de/essex/activitiesDas ESSEX-II-Projekt wird die in ESSEX-I entstandenen
erfolgreichen Konzepte und Software-Entwurfsmuster für dünn
besetzte Eigenlöser nutzen, um breit einsetzbare und skalierbare
Software-Lösungen mit hoher Hardware-Effizienz für die
Rechnerarchitekturen der nächsten Dekade zu entwickeln. Alle
Aktivitäten werden an den traditionellen Schichten numerischer
Softwareorganisation ausgerichtet: grundlegende Software-Bausteine
(Kernels), Algorithmen und Anwendungen. Allerdings sind die
klassischen Abstraktionsgrenzen zwischen diesen Ebenen in ESSEXII
von starken integrierenden Komponenten durchbrochen:
Skalierbarkeit, numerische Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz und
holistisches Performance- und Power-Engineering. Getrieben durch
das Mooresche Gesetz und praktikablen Obergrenzen für
Verlustleistung werden Rechnersysteme auch auf Knotenebene
immer paralleler und heterogener, mit entsprechend erhöhter
Komplexität des Gesamtsystems. MPI+X-Programmiermodelle
können in flexible an solche Hardwarestrukturen angepasst werden
und stellen einen Ansatz dar, den Herausforderungen dieser massiv
parallelen, heterogenen Architekturen zu begegnen. Die Kernel-
Schicht in ESSEX-II unterstützt folglich MPI+X, wobei X eine
Kombination von Programmiermodellen ist, die die Heterogenität der
Hardware zusammen mit funktionaler Parallelität und Datenparallelität
effizient nutzt. Zusätzlich werden Möglichkeiten zum asynchronen
Checkpointing, zur Erkennung und Korrektur stiller Datenfehler, zur
Performance-Überwachung, und zur Energiemessung bereitgestellt.
Die Algorithmen-Schicht nutzt diese Bausteine, um massiv parallele,
heterogene und fehlertolerante Implementierungen der für die
Anwendungsschicht relevanten Algorithmen zu entwickeln: Jacobi-
Davidson-Eigenlöser, Kernel Polynomial Method und Tschebyschoff-
Zeitpropagation. Diese können auf modernen Parallelrechnern
optimale Performance und hohe Genauigkeit liefern.
Implementierungen der Tschebyschoff-Filterdiagonalisierung,eines
Krylov-Eigenlösers und des kürzlich vorgestellten FEAST-Algorithmus
werden im Hinblick auf verbesserte Skalierbarkeit weiter entwickelt.
Die Anwendungsschicht wird skalierbare Lösungen für konservative
(hermitesche) und dissipative (nicht-hermitesche) Quantensysteme
liefern, die durch physikalische Systeme in der Optik und Biologie und
durch neue Materialien wie Graphen und topologische Isolatoren
motiviert sind. In Erweiterung des Vorgängerprojektes hat ESSEX-II
einen zusätzlichen Schwerpunkt im Bereich produktionsreifer
Software. Obwohl die Auswahl der Algorithmen strikt von
Anwendungsszenarien in der Quantenphysik motiviert ist, werden die
zugrunde liegenden Forschungsrichtungen der algorithmischen und
der Hardware-Effizienz, der Rechengenauigkeit und der
Fehlertoleranz in viele Bereiche der rechnergestützten
Wissenschaften ausstrahlen. Alle Entwicklungen werden von einem
Performance-Engineering-Prozess begleitet, der rigoros
Abweichungen von der optimalen Ressourcen-Effizienz aufdeckt. -
Kognitive Verfahren zum Verlustleistungsmanagement in Endgeräten des Mobilfunks
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Industrie
URL: https://www.cs12.tf.fau.de/forschung/projekte/cognipowerZiel dieses Projektes ist die Erforschung des Einsatzes kognitiver Methoden zum Verlustleistungsmanagement mobiler Endgeräte bei sich dynamisch ändernden Funkumgebungen und Benutzerverhalten. Ziel dabei ist es, einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Energieverbrauch der Plattform und für den Anwender zur Verfügung stehender Dienstgüte zu finden.
Viele moderne mobile Applikationen sind heutzutage als Cloud-Anwendungen konzipiert, so dass leistungsfähige Kommunikationssysteme benötigt werden, um die benötigten Datenübertragungsraten zu realisieren. Obwohl bereits leistungsfähige Datenübertragungsprotokolle, z.B. LTE, zur Verfügung stehen, ist das Leistungsmanagement innerhalb eines Endgerätes bislang wenig an das Verhalten des Benutzers und der Umgebung angepasst. Durch den Einsatz kognitiver Verfahren soll es möglich werden, einen bestmöglichen Kompromiss zwischen Energieverbrauch und für die Anwendung zur Verfügung stehender Qualität zu finden. In diesem Projekt sollen neben dynamischen Anpassungen des Leistungsmanagements an die momentane Funkumgebung auch prädiktiv Nutzungen und Umgebungseigenschaften in unmittelbarer Zukunft bestimmt werden.
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Zweiter newtonscher Bereich von Polymerlösungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Polymerlösungen sind grundlegende rheologische Systeme mit unzähligen Anwendungen. Ihre Viskosität ist typischerweise stark abhängig von der Scherbelastung: Bei niedrigen Scherraten, im 1. newtonschen Bereich, zeigen Polymerlösungen eine scherratenunabhängige Viskosität. Bei höheren Scherraten nimmt die Viskosität deutlich ab. Bei sehr hohen Scherraten wird wieder ein Bereich konstanter Viskosität, der 2. newtonsche Bereich, erwartet. Neben der Scherrate wird die Viskosität wesentlich von der Art des Polymers und seiner Struktur, dem Molekulargewicht und seiner Verteilung, der Polymerkonzentration und von dem Lösungsmittel bestimmt. Im 1. newtonschen Bereich lassen sich vor allem abhängig von Konzentration und Molekulargewicht unterschiedliche Regime von Polymerlösungen unterscheiden. Während der 1. newtonsche Bereich und das Einsetzen der Scherverdünnung intensiv erforscht sind, trifft dies nicht für den 2. newtonschen Bereich zu. Hier fehlen detaillierte Kenntnisse zu den Viskositätswerten, Normalspannungsdifferenzen, sowie der Orientierung der Polymere und ihre Abhängigkeiten von den oben genannten Parametern ebenso wie systematische Studien zum Einsetzen des 2. newtonschen Bereichs. Genaue Kenntnisse zu diesem Bereich sind nicht nur für ein grundlegendes Verständnis notwendig sondern werden in einer Reihe von industriellen Anwendungen benötigt. Wesentliche Ursache für den Kenntnismangel ist das bisherige Fehlen adäquater Messtechnik: Der Scherratenbereich liegt typischerweise 1-2 Zehnerpotenzen jenseits des Parameterbereichs kommerzieller Rheometer. Darüber hinaus müssen sehr niedrige Viskositäten detektiert werden. Wir haben die geometrische Genauigkeit von Rotationsrheometern um etwa den Faktor 30 bis 100 verbessert. Dadurch können Messungen bei deutlich niedrigeren Spaltbreiten durchgeführt und so die erforderlichen hohen Scherraten erreicht werden. Darüber hinaus ist das weiterentwickelte Gerät nach Kenntnisstand des Autors als einziges in der Lage, bei Scherraten bis zu 105 s-1 Normalkräfte in Polymerlösungen zu detektieren und rheooptische Untersuchungen durchzuführen. Eine weitere Steigerung der Genauigkeit soll im Rahmen des Projekts erfolgen. Zentrales Ziel des Projekts ist es, den 2. newtonschen Bereich bei wohldefinierten wie auch industriell relevanten Polymerlösungen zu charakterisieren. Neben der Bestimmung der Viskosität sollen bei den hohen Scherraten Normalkräfte und die Polymerorientierung detektiert werden. Durch letztere soll geklärt werden, ob sich die Mikrostruktur im 2. newtonschen Bereich noch wesentlich ändert. Es soll vor allem geklärt werden, ob im 2. newtonschen Bereich ähnlich dem 1. newtonschen Bereich unterschiedliche Regime als Funktion der Polymerkonzentration auftreten. Dabei soll der Einfluss von Molekulargewicht, Strukturänderungen des Polymers und des Lösungsmittels bestimmt werden. Um scherinduzierte Degradation zu vermeiden, sollen die Untersuchungen an semiflexiblen Polymeren durchgeführt werden. -
EXASTEEL II - Bridging Scales for Multiphase Steels
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1648: Software for Exascale Computing
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: http://www.numerik.uni-koeln.de/14079.htmlIn EXASTEEL-2 arbeiten Experten für skalierbare iterative Löser, rechnergestütze Modellierung in den Materialwissenschaften, Performance Engineering und für parallele direkte Löser zusammen an neuen Algorithmen und Software für ein Grand-Challenge-Problem in den Materialwissenschaften. Es besteht ein zunehmender Bedarf an prädiktiven Simulationen des makroskopischen Verhaltens komplexer neuer Materialien. In EXASTEEL-2 wird dieses Problem für moderne mikroheterogene (Dual-Phasen-) Stähle betrachtet, um die makroskopischen Eigenschaften neuer Materialien aus denen auf der Mikroskale vorherzusagen. Es ist das Ziel, Algorithmen und Software für ein virtuelles Labor zu entwickeln, um in silico prädiktive Materialprüfungen vornehmen zu können. Ein Bottleneck ist der Rechenaufwand für die Multiskalenmodelle. Diese benötigen ausreichend genaue, mikromechanisch motivierte Modelle auf der kristallinen Skala. Daher werden in diesem Projekt neue ultra-skalierbare nichtlineare implizite Löser entwickelt und mit einem hochparallelen numerischen Homogenisierungsverfahren (FE^2) kombiniert, eng verflochten mit einem konsequenten Performance Engineering, um diese anspruchsvolle Anwendung eines virtuellen Labors zur Materialprüfung und zum Materialdesign zum Einsatz auf den zukünftigen Rechnerarchitekturen des Exascale-Computings zu bringen. Für die Materialwissenschaften erwarten wir einen stetigen übergang von deskriptiven zu prädiktiven makroskopischen Simulationen und betrachten, nach unserem Wissen zum ersten Mal innerhalb eines numerischen Homogenisierungsverfahrens, die polykristalline Natur von Dual-Phasenstahl mit Korngrenzeneffekten auf der Mikroskala. Unsere Ziele könnten nicht erreicht werden, ohne auf die Algorithmen- und Software-Infrastruktur aus EXASTEEL-1 aufzubauen. In EXASTEEL-2 werden wir den Paradigmenwechsel von Newton-Krylov zu nichtlinearen Lösern (und ihre Komposition), der in EXASTEEL-1 begonnen wurde, vollständig vollziehen. Diese Verfahren zeichnen sich durch erhöhte Parallelität und reduzierte Kommunikation aus. Durch Kombination nichtlinearer Gebietszerlegungsverfahren mit Mehrgittermethoden wollen wir die Skalierbarkeit der resultierenden Algorithmen für nichtlinear Probleme noch einmal erheblich erhöhen. Obwohl wir hier eine spezielle Anwendung betrachten, werden die Algorithmen und die optimierte Software auch auf andere Probleme anwendbar sein: Nichtlineare implizite Löser sind essentieller Bestandteil vieler Simulationspakete. Bei der von uns verwendeten Software PETSc, BoomerAMG, PARDISO und FEAP handelt es sich um Softwarepakete mit einer großen Nutzerbasis. Die Weiterentwicklung dieser Softwarepakete ist explizit Bestandteil des Arbeitsprogramms dieses Projektes. Dieses Projekt behandelt daher Computational Algorithms (nichtlineare implizite Löser, numerische Homogenisierungsverfahren), Application Software und Programming (Performance Engineering, hybride Programmierung, Beschleuniger).
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Quantitative diagnostische Zweispektren-CT mit atlasbasiertem Vorwissen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Mai 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Zweispektren-CT (DECT) hat sich in den letzten zehn Jahren in der klinischen Routine etabliert. Alle wichtigen CT-Hersteller bieten DECT an. Auch wenn die Hard- und Softwarekonzepte sich deut-lich voneinander unterscheiden, sind die Anwendungen vergleichbar. Mit den aufgenommenen DECT-Daten lassen sich Zwei- oder Mehrmaterialzerlegungen durchführen, beispielsweise um Jod- und Knochenanteile von Weichteil zu trennen, um Kontrastmittel und Fett zu quantifizieren, um Gewebe zu klassifizieren oder zu charakterisieren oder um Kontraste hervorzuheben (CNR-Maximierung) bzw. zu unterdrücken (Artefaktreduktion). Die Verfahren sind vom Anwender organspezifisch aufzurufen und anzuwenden und lediglich im vorgesehenen Organ zu interpretieren. Beispielsweise wird eine Nierensteinapplikation in anderen Organen fehlerhafte Gewebeklassifizierungen liefern. Zudem hängen die DECT-Anwendungen von zu kalibrierenden Parametern ab, deren optimale Einstellung patientenabhängig ist. Die Kalibrierung ist semiautomatisch und muss vom Untersucher durch die Platzierung von ROIs unterstützt werden. Oft werden jedoch Standardeinstellungen verwendet und somit suboptimale Ergebnisse erreicht. Hier soll mit Hilfe eines zu erstellenden DECT-Atlasses erreicht werden, dass die DECT-Applikationen kontextspezifisch zur Verfügung gestellt werden können, und dass automatisch die optimalen Parametereinstellungen gewählt werden, ohne dass der Anwender eine Kalibrierung vornehmen oder unterstützen müsste. Zur Verbesserung der Quantifizierung sollen die Ausgangsbilder statt wie bisher üblich über eine herkömmliche Bildrekonstruktion über ein rohdatenbasiertes Zerlegungsverfahren mit anschließender Bildrekonstruktion bereitgestellt werden. Durch ein geeignetes Userinterface sollen die neuen kontextsensitiven DECT-Informationen - also beispielsweise die von Organ zu Organ unterschiedlichen Basismaterialien - aufbereitet und dem Betrachter dargestellt werden. Ebenso soll eine ROI-Auswertung statistische Merkmale der Materialverteilung im Bereich der ROI quantifizieren. Dadurch kann die Jodaufnahme innerhalb einer Läsion oder eines Tumors quantifiziert werden, um das Ausmaß der Blutversorgung abzuschätzen. Damit könnte der Effekt einer Chemotherapie frühzeitig, noch bevor sich die Größe der Läsion verändert, beurteilt werden. Da DECT-Aufnahmen die Kontrastierung eines Tumors nur zu einem einzigen Zeitpunkt darstellen und diese Kontrastierung von patientenspezifischen Faktoren wie z.B. dem Herz-Zeitvolumen abhängig ist, soll die Kontrastierung normalisiert werden, um patienteninter- und -intraindividuelle Effekte zu minimieren und die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Außerdem ist geplant, organspezifische Materialscores zu entwickeln, um die Materialzusammensetzung des Patienten nach Organen oder anatomischen Regionen aufzuschlüsseln. Die zu entwickelnden Methoden (Zweispektren-Atlas, Materialzerlegung, ...) sollen anhand von Phantom- und Patientenstudien evaluiert und optimiert werden. -
Unravelling Mechanotransduction Pathways in the Heart
(FAU-externes Projekt)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2019Pathological myocardial hypertrophy is a maladaptive process occurring in response to an increased cardiac workload [1, 2]. Left ventricular hypertrophy (LVH) is the single most important predictor of premature cardiovascular death in the Framingham risk assessment. In addition, it is a major risk factor for various cardiac arrhythmias, such as atrial fibrillation, the most common significant cardiac rhythm disturbance. The members of a TRPC subfamily of transient receptor potential (TRP)-type ion channels, TRPC3 and TRPC6, have been implicated in development of the cardiac hypertrophy and progression to heart failure [3, 4]. This project will test the hypothesis that cardiac pressure-overload instigates a stretch-mediated up-regulation of cardiac TRPC3 and TRPC6 ion channels, leading to Ca2+ entry, which activates a signaling cascade involving Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII)/histone deacetylase 4 (HDAC4)/myocyte enhancer factor-2 (MEF2) to induce hypertrophy and associated arrhythmias.
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Variational integrators of higher order for constrained systems and variational integrators of mixed order for dynamical systems with multiple time scales
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Oktober 2020 -
Multikriterielle Berechnung optimaler Zusammensetzungen einkristalliner Superlegierungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Ein neue Generation einkristalliner Superlegierungen: Vom Atom zur Turbinenschaufel – Festigkeitssteigernde Elementarprozesse, verfahrenstechnische Grundlagen u. skalenübergreifende Modellierung
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
URL: http://www.sfb-transregio103.de/Es wird eine Software zur multikriteriellen Optimierung entwickelt. Im speziellen wird diese Software auf die Legierungsentwicklung von Nickel-Basis Legierungen angewendet. Im Fokus stehen hierbei die deterministischen und probabilistischen Modelle zur Findung aller optimalen Lösungen (Pareto Front) im vorgegebenen Suchraum. Durch die Entwicklung der CALPHAD-Methode in den vergangenen Jahrzehnten eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Ergänzung der klassischen Legierungsentwicklungsverfahren, vor allem was die Vorhersage von physikalischen Eigenschaften und Merkmalen der Mikrostruktur angeht. Die meisten Eigenschaftsmodelle beruhen grundlegend auf thermodynamischen oder kinetischen Berechnungen, die mit einer Programmierschnittstelle (TC-API) zur kommerziellen Software ThermoCalc bzw. DICTRA erfolgen.
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Realisierung von Koppelkondensatoren für Betriebsspannungen über 1200V durch Integration von Parallelwiderständen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 15. Februar 2017
Mittelgeber: IndustrieZiel der Kooperation ist es die bestehende Technologie zur Herstellung von monolithisch integrierten Kondensatoren in Silizium für Einsatzspannungen bis 600 V weiterzuentwickeln, so dass sich der Spannungsbereich in Richtung eines Einsatzes bei 1200 V vergrößern lässt. Zudem wird in dem Projekt untersucht, inwiefern eine monolithische Integration von Parallelwiderständen möglich ist, um Kondensatoren in Reihe schalten zu können. Zur Weiterentwicklung der Kondensatoren für 600 V, aber auch für 1200 V, sollte weiterhin auf die bewährten Technologien (Oberflächen- und Kapazitätsvergrößerung durch tiefe Löcher) und Materialien (Siliziumoxid und Siliziumnitrid als Dielektrikum) zurückgegriffen werden.
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Auto ASPECTS
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 31. Mai 2016
Mittelgeber: Industrie -
PFC-Eingangsfilter und dreiphasiges Motorfilter
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 30. April 2016
Mittelgeber: Siemens AG -
Inner Source at Elektrobit
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 30. Juni 2016
Mittelgeber: Industrie -
Endovaskuläre Versorgung von Aortenaneurysmen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 30. November 2018
Mittelgeber: Industrie -
Arbeiten im Bereich Elektrostatische Abscheidungen in verbindung mit Polymerpartikel sowie Prozessentwicklung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 30. September 2016
Mittelgeber: Industrie -
Privacy and Usabiliy
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Dezember 2015 - 30. November 2019
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Investigation of the diffusion coefficient of hydrogen, carbon monoxide, and water in n-alkanes by dynamic light scattering / Experimental investigation of surface tension and viscosity of representative wax samples at reaction conditions
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 9. November 2015 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Industrie -
Untersuchungen zur Charakterisierung von Mikroemulsionen mittels Dynamischer Lichtstreuung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2015 - 31. März 2016
Mittelgeber: Industrie -
Erstellung und Auslegung von Gaszentrifugenanordnungen zur Abtrennung von C-14 Kohlenmonoxid und C-12 Kohlendioxid
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2015 - 31. März 2016
Mittelgeber: Industrie -
Optimalsteuerung biomechanischer MKS-Menschenmodelle für Simulationsanwendungen in der virtuellen Montageplanung
(Optimal control of biomechanical MBS-Digital Human Models for simulation in the virtual assembly planning)(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2015 - 31. März 2018
Mittelgeber: Industrie
URL: https://www.emma-cc.com/de/teilprojekte-partner/biomechanik-optimalsteuerung.htmlThe goal of this project is to apply techniques of biomechanics and optimal control to generate realistic human-like motions of the DHM from generic working instructions like for example move a box from A to B. Such a model would enable the engineers to take into account physical workloads and reachability issues in virtual assembly planning.
The digital human is modeled as a biomechanical multibody system with muscles as actuators. The motions of the DHM for specific working instructions are predicted with the help of optimal control, where an objective function accounting for physiological quantities that are relevant for humans is minimized. This new approach enables the user to make quantitative statements about muscle forces and joint loads during assembly, which are important indicators for ergonomic assessment.
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Entwicklung eines automatischen, selbstlernenden Inline-Systems für die adaptive und ressourceneffiziente CIP-Reinigung am Beispiel eines Behälters mit motorisch angetriebenem Zielstrahlreiniger
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. November 2015 - 30. April 2018
Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller ForschungsvereinigungenIn der Lebensmittelindustrie müssen Maschi-nen und Anlagen regelmäßig gereinigt wer-den, um die hygienischen Vorgaben bei der Produktion erfüllen zu können. Verschärfte gesetzliche Rahmenbedingungen stellen dabei zusätzliche Ansprüche an die Lebensmittel-herstellung, deren Qualitätsmanagement und die eingesetzte Maschinentechnik. Genauso spielt der ökologische Gedanke eine zuneh-mende Rolle. Zur Maximierung der Ressourceneffizienz, wie sie auch die Richtlinie zur Integrierten Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung 2008/1/EG vorsieht, sind stetige Innovationen notwendig. Zur Erfüllung dieser Anforderungen dienen bevorzugt automatisierte Cleaning-In-Place-(CIP)-Prozesse, die ohne Demontage der zu reinigenden Maschinen- und Anlagenelemente auskommen sowie deutlich weniger anfällig für Qualitätsschwankungen des Reinigungsergebnisses sind als die manuelle Reinigung durch eine menschliche Arbeitskraft. Die Auslegung des Prozesses orientiert sich zumeist am schlimmsten anzunehmenden Fall, so dass i.d.R. ein überdimensioniertes Reinigungsprogramm abläuft und Ressourcen verschwendet werden. Gerade auch im Bereich der Behälterreinigung besteht der Wunsch, angemessene Reinigungszeiten, u.a. in Abhängigkeit der Art der Ablagerungen zu bestimmen, um so eine angepasste und damit potentiell effizientere Reinigung umsetzen zu können, die trotzdem den hohen Anforderungen an die Prozesssicherheit genügt. Aus diesen Gründen existiert die beständige Nach-frage nach neuen Reinigungssystemen.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines selbstlernenden Automatisierungssystems zur Inline-Optimierung von Reinigungsprozessen sowie eine hygienegerechte Integration der dafür notwendigen optischen Sensorik in das Reinigungssystem. Aufgrund der sehr komplexen Problemstel-lung wird das System zunächst für einen geeigneten Anwendungsfall entwickelt, um die allgemeine Machbarkeit zu demonstrieren. Diesen stellt im beantragten Projekt die Behälterreinigung mithilfe eines gesteuerten Zielstrahlreinigers dar.
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Automobilsensorik@ESI
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: ESI-Anwendungszentrum für die digitale Automatisierung, den digitalen Sport und die Automobilsensorik der Zukunft
Laufzeit: 5. Oktober 2015 - 31. Dezember 2018
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
URL: https://cs12.cms.rrze.uni-erlangen.de/forschung/projekte/automobilsensorikesiDas ESI-Anwendungszentrum bietet im Lab Automobilsensorik@ESI mit seinem disziplinübergreifenden Zusammenschluss unterschiedlicher Kompetenzen ausgezeichnete Voraussetzungen, um eingebettete Systeme im Bereich Automotive voranzutreiben. Sensortechnologien zur Erfassung des Fahrzeugumfelds und -zustands ermöglichen u.a. die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen. Außerdem können die entwickelten Techniken auch in den Bereichen fahrerlose Transportfahrzeuge, Landmaschinen oder öffentlicher Nah- und Fernverkehr eingesetzt werden. Die Fusion unterschiedlicher Sensorverfahren im Rahmen der Arbeiten im ESI-Anwendungszentrum gestattet es, die Schwächen der einzelnen Technologien zu kompensieren und damit möglichst leistungsfähige Gesamtsysteme zu erzielen. Um zudem kostengünstige Lösungen zu ermöglichen, soll darüber hinaus erarbeitet werden, wie diese möglichst optimal in das Gesamtsystem Automobil integriert werden können. Das disziplinübergreifende Lab Automobilsensorik@ESI hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, einen ganzheitlichen Lösungsansatz im Bereich eingebettete Systeme zu erreichen. Dank der Einbettung des Labs Automobilsensorik@ESI in das gesamte ESI-Anwendungszentrum können außerdem Synergien zu Anwendungen im Bereich Fitness und Sport sowie digitaler industrieller Automatisierung ausgenutzt werden, da auch dort die Umfelderfassung eine wichtige Rolle spielt.
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Precepetation process in Al-Mg-Si-Mn casting alloys
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 31. August 2019
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)With Al-Mg-Si-Mn casting alloys with compositions inside of the pseudobinary section of the subsequent ternary phase diagram, the effect of Zn, Ti, Sc and Ag additions on the precepetation of nanoparticels in as-cast and heat-treated conditions as well as mechanical properties under different conditions (as-cast, solution treated, quenched andaged) will be studied. Despite of the established foundry practce of several Al-Mg-Si-Mn and Al-Zn-Mg casting alloys subjected to high pressure die casting only little research was done either on structure formation or strengthening mechanisms of these alloys and mechanical properties that can be achieved after additional alloying.
In frame of this project as cast conditions of AlMg5Si2Mn alloyed by Zn, Ti, Sc and Ag will be investigated paying attention to precipitates formed in solid solution matrix prior to heat treatment and changes of mechanical properties from as-cast state to age hardened.
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MotionLab@Home: Multimodales Bewegungsanalysesystem zum Therapiemonitoring
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: E-Home-Center
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 31. Dezember 2016
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013) / ForschungsverbundIn den letzten Jahren wurde das instrumentierte Bewegungsanalysesystem eGaIT („eingebettete Ganganalyse mit intelligenter Technologie“) als objektive Diagnostikunterstützung der Therapie des Morbus Parkinson entwickelt. Dieses System basiert auf der objektiven Messung der typischen Veränderungen des Gangbildes von Parkinson-Patienten durch an beiden Schuhen angebrachter inertial-magnetischer Sensorik (Akzelerometer, Gyroskop, Magnetometer). Eine Herausforderung stellt der Transfer des klinisch-stationären Einsatzes in die häuslich-ambulante Umgebung der Patienten dar (Homemonitoring), um die medizinisch relevanten Bewegungsveränderungen während des Alltags zu erfassen, vorhandene „Blindzeiten“ (bei denen der Arzt den Patienten nicht sieht) zu reduzieren und den Effekt von Therapieanpassungen bzw. Krankheitsfortschritt bei dem Patienten früher zu erkennen und objektiv zu bewerten.
Das Gesamtziel des Projektes ist der Aufbau eines komplementären, video-basierten Systems zur Evaluierung und Verbesserung des Langzeit-Therapiemonitorings bei Morbus Parkinson durch sensor-basierte Bewegungsanalyse im häuslichen Umfeld auch unter Betrachtung ethischer Aspekte während der Systementwicklung.
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Trockenumformung mit lokal angepassten tribologischen Bedingungen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1676: Nachhaltige Produktion durch Trockenbearbeitung in der Umformtechnik
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 30. September 2019
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)Bei der Trockenumformung erfolgt aufgrund des fehlenden Schmierstoffes eine intensive Wechselwirkung zwischen Werkstück- und Werkzeugoberfläche. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Realisierung trockener Umformprozesse durch die Entwicklung und den Einsatz neuartiger tribologischer Systeme. Den Herausforderungen der Trockenumformung, wie erhöhter Reibung in Verbindung mit gesteigertem Verschleiß, wird durch maßgeschneiderte, werkzeugseitige Oberflächenmodifikationen begegnet. In der ersten Projektphase wird das schmierstofffreie Tiefziehen einer industrieüblichen Stahlsorte untersucht. Zur Prüfung der übertragbarkeit ermittelter Zusammenhänge auf weitere Werkstoffklassen wird eine Aluminiumlegierung gegenübergestellt. In Referenzversuchen unter Laborbedingungen wird durch die Analyse und Beschreibung der tribologischen Effekte das grundlegende Prozessverständnis für trockene Umformbedingungen geschaffen. Die Versuchsergebnisse dienen gleichzeitig als Eingangswerte für die simulationsbasierte Auslegung des segmentierten Werkzeugs zur Herstellung eines Rechtecknapfes. Ausgehend von der FE-basierten Identifizierung tribologisch relevanter Werkzeugbereiche werden in einem inversen Ansatz Anforderungsprofile für die einzelnen Segmente des Tailored Tool abgeleitet. Die Anforderungen bilden die Zielgrößen für die Entwicklung maßgeschneiderter werkzeugseitiger Oberflächenmodifikationen. Zur Reibungsreduzierung sowie zur Gewährleistung eines ausreichenden Verschleißschutzes im schmierstofffreien Tiefziehprozess wird die Eignung amorpher Kohlenstoffschichtsysteme evaluiert. Da Trockenumformprozesse extreme Verschleißanforderungen an Werkzeugbeschichtungen stellen, wird zur lokalen Erhöhung der Verschleißfestigkeit die laserinduzierte Wärmebehandlung amorpher Kohlenstoffschichten untersucht. Zur gezielten Einstellung des Stoffflusses werden darüber hinaus lokale werkzeugseitige Oberflächenstrukturen entwickelt und mittels Laserablation appliziert. In Laborversuchen erfolgt eine systematische Analyse des resultierenden Reib- und Verschleißverhaltens. Insbesondere werden der Einfluss der Faktoren Werkzeugwerkstoff, Oberflächenbeschichtung und -strukturierung auf das Werkzeugeinsatzverhalten untersucht. Zur Ermittlung der Prozessgrenzen wird zudem die Abhängigkeit des Werkzeugeinsatzverhaltens von den auftretenden Prozessbeanspruchungen quantifiziert. Die abgeleiteten Zusammenhänge zwischen den Prozessbeanspruchungen, den Oberflächenmodifikationen und dem resultierenden Werkzeugeinsatzverhalten werden für die gezielte lokale Anpassung der tribologischen Bedingungen im Napfzugprozess genutzt. Zur Validierung der ermittelten Zusammenhänge wird in dem Tiefziehmodellprozess das Reib- und Verschleißverhalten des segmentierten Werkzeugs für die untersuchten Stahl- und Aluminiumhalbzeuge ermittelt. Die Ergebnisse der ersten Projektphase bilden die Grundlage zur Qualifizierung maßgeschneiderter tribologischer Systeme für Trockenumformprozesse. -
Substrateinfluss auf strömungsinduzierte Partikelbewegung in laminarer Scherströmung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 15. Oktober 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das strömungsinduzierte Lösen und Bewegen von Feststoffpartikeln auf einem festen Untergrund oder einer Granulatschicht ist von grundlegender Bedeutung bei vielen natürlichen und industriellen Systemen. Beispielhaft seien der Sediment- bzw. Granulattransport bei der Filtration, in Fließgewässern und Rohrleitungssystemen, der Partikeltransport in Atemwegen, wie auch die Reinigung von Oberflächen genannt. Auch in der Mikrofluidik werden zunehmend kugelförmige Partikel z.B. als Informationsträger oder für Aktuatoren wie Ventile und Pumpen eingesetzt. Eine wichtige Voraussetzung ist dabei die kontrollierte Positionierung von Partikeln. Während die Bewegung einzelner Partikel auf ebenen Wänden recht gut verstanden ist, gilt dies nicht für strukturierte Oberflächen und Partikelschichten. Trotz zahlreicher Untersuchungen zum Einsatz der Partikelbewegung und der Partikelbewegung bzw. des Materialtransports in granularen Betten, werden bis heute diese technologisch wichtigen Prozesse unzureichend beschrieben. Dies resultiert daraus, dass das Entfernen der Partikel ausschließlich in willkürlich angeordneten Sedimentschichten untersucht wurde und nicht wohldefinierte Parameter in die Modellierung eingingen. So bleibt unklar, welchen Einfluss die Substratgeometrie und Nachbarpartikel auf den Einsatz der Partikelbewegung als auch auf die Partikelgeschwindigkeit entlang der Substrate ausüben.Granulatschichten behindern die Partikelbewegung zum einen dadurch, dass sie als unebener Untergrund ein Hindernis darstellen, dessen Kontaktwinkel stromabwärts überwunden werden muss, zum anderen durch Abschattung des Partikeln gegen die Strömung abgeschattet. Darüber hinaus führen Nachbarpartikel in analoger Weise zu einer zusätzlichen Behinderung. Ausgehend von dieser Beobachtung sollen die wesentlichen Parameter variiert werden. Ziel des Projekts ist es, den Einsatz der Partikelbewegung und die Partikelbewegung entlang der Substrate selbst in einem Modell quantitativ und ohne Rückgriff auf nicht wohldefinierte Parameter zu beschreiben. -
Deterministische und Stochastische Kontinuumsmodelle der Versetzungsmusterbildung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1650: Dislocation based Plasticity
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 30. September 2018
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)Ziel dieses Projekts ist es zu verstehen, wie raum-zeitliche Fluktuationen der Versetzungsflüsse zur Bildung inhomogener Versetzungsanordnungen wie beispielsweise Versetzungszellstrukturen führen können (Versetzungsmusterbildung), und wie umgekehrt das Auftreten von Versetzungs-mustern die Versetzungsflüsse beeinflusst und neue, emergente Längenskalen in die Versetzungsdynamik einbringt. Zur Analyse der wechselseitigen Dynamik von Versetzungs-mustern und Versetzungsflüssen/plastischem Fließen verwenden wir die im Rahmen von DFG-FOR1650 in den letzten drei Jahren entwickelte entwickelte Kontinuumsversetzungsdynamik CDD. Wir untersuchen die folgenden Fragestellungen: (i) Können die Gleichungen der CDD erklären, wie sich aus kleinen Anfangsfluktuationen der Versetzungsdichte im Materialvolumen in spontaner Weise heterogene Versetzungsstrukturen bilden, wenn wir annehmen, dass die Versetzungsflüsse von der Versetzungsmikrostruktur in deterministischer Weise abhängen? (ii) Wie können wir die großen Fluktuationen der Versetzungsflüsse, welche eine intrinsische Eigenschaft plastischer Fließvorgänge darstellen, in den CDD-Formalismus einbauen? Begünstigen diese Fluktuationen die Versetzungsmusterbildung, oder wirken sie lediglich als Rauschen, das die Bildung geordneter Muster behindert? (iii) Welche Faktoren bestimmen die Bildung von Versetzungsmustern oder deren Fehlen in kleinen Proben oder geometrisch begrenzten Volumina, wie also steht die emergente Längenskala der Versetzungsmuster in Beziehung zu Längenskalen, die der Versetzungsdynamik äußerlich sind, also zu Phasenmikrostruktur, Korngröße und Probengröße? -
Kalibrierung von Time-of-Flight Kameras
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 31. März 2017
Mittelgeber: Stiftungen -
Segmentierung von MR-Daten in der Herzbildgebung zur Verwendung bei Interventionen an Angiographiegeräten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 30. September 2018
Mittelgeber: Siemens AG -
Funktionsmuster einer industriellen Produktions- und Fraktionierungsanlage (Fett+Protein) von Insekten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2015 - 30. September 2018
Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller ForschungsvereinigungenDie wachsende Weltbevölkerung und der folglich wachsende Bedarf an Lebensmitteln erfordert die Erschließung neuer Rohstoffe für die Fütterung von Nutztieren, aus denen Lebensmittel tierischer Herkunft produziert werden. Als Quellen, die nicht in direkter Konkurrenz zur menschlichen Ernährung stehen, können Insekten gesehen werden. Diese sollen gezüchtet und zu Futtermitteln verarbeitet werden. Im vorliegenden Vorhaben wird folglich der gesamte Weg von Züchtung der Insekten bis zur Herstellung von Futtermittel im Fokus, wobei die Ergebnisse der vorangegangenen Untersuchung genutzt werden, um dies optimal umzusetzen. Um ausreichende Mengen an Insekten herstellen zu können, ist die Automatisierung der Züchtung notwendig, die im vorliegenden Vorhaben realisiert werden soll. Dabei ist bei der zugehörigen Tötung der Insekten das Tierwohl strikt zu beachten. Ein weiterer Schritt liegt in einer effizienten Vorverarbeitung der Insekten. Diese müssen, aus Gründen der weiteren Verarbeitungsfähigkeit und Lagerbarkeit, fraktioniert, d. h. in Protein- und Fettfraktion aufgeteilt, und anschließend getrocknet werden. Insbesondere der letzte Schritt ist energetisch aufwendig, so dass die Abstimmung der Vor-und Weiterverarbeitungsschritte eine wesentliche Rolle spielt, um den Gesamtprozess energetisch effizient zu gestalten. Die Insektenfraktionen werden hier zu einem pelletierten Mischfutter verarbeitet. Die Bewertung der Mischfutterqualität erfolgt durch chemische, physikalische und ernährungsphysiologische Untersuchungen. Die Ergebnisse sollen Bestrebungen zur rechtlichen Zulassung von Insektenfraktionen für die Fütterung von
Nutztieren unterstützen. Unternehmen der Mischfutterbranche können aufgrund der Ergebnisse Rezepturen unter Nutzung insektenbasierter Rohstoffen entwickeln. Für Insektenzüchter ergibt sich die Möglichkeit, die
Erkenntnisse zur Automatisierung für den Gesamt- oder einzelne Teilprozesse zu nutzen. -
Open Digital Research Environment Toolkit for the Advancement of Mathematics
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2019
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: http://opendreamkit.orgOpenDreamKit is a Horizon 2020 European Research Infrastructure project (#676541) that will run for four years, starting from September 2015. It provides substantial funding to the open source computational mathematics ecosystem, and in particular popular tools such as LinBox, MPIR, SageMath, GAP, Pari/GP, LMFDB, Singular, MathHub, and the IPython/Jupyter interactive computing environment.
From this ecosystem, OpenDreamKit will deliver a flexible toolkit enabling research groups to set up Virtual Research Environments, customised to meet the varied needs of research projects in pure mathematics and applications, and supporting the full research life-cycle from exploration, through proof and publication, to archival and sharing of data and code.
The project involves about 50 people spread over 16 sites in Europe, with a total budget of about 7.6 million euros. The largest portion of that will be devoted to employing an average of 11 researchers and developers working full time on the project. Additionally, the participants will contribute the equivalent of six other people working full time.
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Geometrical Product Specification and Verification as toolbox to meet up-to-date technical requirements
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2018
Mittelgeber: Erasmus+Die ISO-Normender Geometrischen Produktspezifikation und –verifikation definieren eineinternational einheitliche Symbolsprache, welche es ermöglicht, Anforderungenan die Mikro- und Makrogeometrie eines Produkts, sowie die Anforderungen an diePrüfung derselben, vollständig und eindeutig in der technischen Zeichnungdarzustellen. Dies verhindert Zweideutigkeiten und Inkonsistenzen während derPlanung von Herstellungs- und Inspektionsprozessen und weiterhin zusätzlicheKosten, welche durch zeitaufwändige Absprachen zwischen Kunde und Zuliefererentstehen.
Das GPS-VToolbox-Projekt erarbeitete das innovativeTrainingsangebot „Geometrical Product Specification and Verification as atoolbox to meet up-to-date requirement“ als Blended-Learning-Kurs. Das Curriculum wurde unter Beachtungaktueller Trends in der Ingenieursausbildung und praxisorientierterFallbeispiele erstellt. Basierend auf der Erfahrung der Mitglieder desKonsortiums und insbesondere der Industriepartners VW lässt sich sicherstellen,dass die Firmen und Ingenieure ein qualitativ hochwertiges Trainingsangebot imBereich GPS erwarten.
Der Inhalt wirdin eLearning-Modulen für den webbasierten Zugriff bereitgestellt. DieeLearning-Module bestehen aus beschreibendem Text, welcher (sofern sinnvoll)mit Grafiken, Videos, Animationen, Simulationen, Praxisbeispielen und Aufgabenzum Selbst-Test ergänzt wurde.
Zielpublikum desProjektresultats sind Industriearbeiter und Ingenieure, welche die aktuelleGPS-Dokumentation zur Bestimmung der Anforderungen an hergestellte Bauteile nutzen.Der Nutzungsplan sieht die Verwendung der eLearning-Module für dieBerufsausbildung von Mitarbeitern insbesondere in der Automobil- undLuftfahrtindustrie vor. Über Öffentlichkeitsarbeit, welche von allen Partnernunternommen wurde, wurde das Projekt einer signifikanten Anzahl an Mitgliederndes Zielpublikums vorgestellt. Das hierbei erhaltene Feedback war durchwegspositiv.
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Effect of 4500bar injection pressure and super-critical phase change of surrogate and real-world fuels enriched with additives and powering Diesel engines on soot emissions reduction
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: IPPAD
Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2019
Mittelgeber: Innovative Training Networks (ITN)Reduction of soot emissions from Diesel engines will be explored by utilising simultaneously (a) injection pressure between 2000-4500bar, (b) engine operation at supercritical conditions relative to the injected fuel’s critical point and (c) additives that improve atomisation and reduce pollutant formation. The detailed processes of nozzle flow cavitation/boiling, atomisation, phase-change and mixing, combustion and soot emissions under such conditions will be explored both experimentally and computationally. Experimental techniques include fuel property measurements, optical/laser diagnostics, high speed imaging, micro CT and high energy X-rays. Tests will be performed in CVC, optical engines, single-cylinder and production engine test beds. Identification of nozzle’s internal geometry and testing of clean and aged injectors with internal deposits build-up is central to the programme. Simulation tools to be developed include molecular-structure-based equation of state for the properties of surrogate, ‘summer’ Diesel and low quality Diesel fuels enriched with additives at elevated pressures/ temperatures, DNS for bubble dynamics, cavitation and fuel atomisation, and soot oxidation in LES/RANS models coupling the in-nozzle flow with the macroscopic fuel spray development, mixing and pollutant formation in engines. The validated simulation models will be used as design tools to industrial development of fuels, fuel injection systems and Diesel engines. The 15 EU-funded ESRs plus 1 ESR funded independently by industry, will be recruited/seconded by universities, research centres and multinational engine, fuel injection system, fuel and fuel additives manufacturers from the EU, US, China, Japan and S.Korea. The new tests and the developed simulation tools, currently missing from the literature, will allow for an environmental assessment of the tested technologies at ‘real-world’ operating conditions, underpinning the forthcoming 2020 EU emission reduction directives.
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Regelgütegewahrer Entwurf von bedarfsgesteuerten Echtzeitregelungssystemen
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. September 2015 - 30. September 2021
URL: https://www4.cs.fau.de/Research/qronOS/Ein maßgebliches Entwurfsziel von sicherheitskritischen Regelungssystemen ist die nachweisbare Einhaltung eines spezifischen Qualitätsziels im Sinne der Regelgüte. Dies bedingt die Bereitstellung einer entsprechenden Dienstgüte durch das darunter liegende Echtzeitbetriebssystem in Form von Ressourcen. Der Zusammenhang zwischen der auf zeitlichen Parametern basierenden Dienstgüte und der resultierenden Regelgüte ist dabei jedoch nicht immer einfach: Der nötige Ausführungsaufwand variiert deutlich mit der Situation und Störanregung und umgekehrt haben die konkreten Ausführungsbedingungen einen qualitativen Einfluss auf die Regelgüte. Um trotz all dieser Zusammenhänge die Einhaltung der Regelgüte zu gewährleisten, werden typischerweise pessimistische Überabschätzungen, insbesondere der maximalen Ausführungskosten, getroffen. Daraus ergibt sich letztlich ein hinsichtlich der bereitgestellten Ressourcen stark überdimensioniertes System, wobei der Grad der Überdimensionierung mit der Komplexität und Dynamik des betrachteten Systems überproportional steigt. Hierdurch ist zu erwarten, dass die bisherigen pessimistischen Entwurfsmuster und Analysetechniken in Zukunft an ihre Grenzen stoßen. Ein Beispiel hierfür sind komplexe, adaptive und gemischt- kritische Fahrassistenz- und Autopilotfunktionen in Fahrzeugen, bei denen eine allgemeingültige Garantie für alle Fahrsituationen und Umweltbedingungen weder zweckmäßig noch realistisch ist. Die skizzierte Problematik ist letztlich nur durch eine interdisziplinäre Betrachtung regelungstechnischer und echtzeitsystemorientierter Aspekte zu lösen. Das Forschungsvorhaben geht von existierendem Wissen zum Entwurf von Echtzeitregelungssystemen mit weichen, festen und harten Zeitgarantien aus. Es wird die Grundannahme getroffen, dass der Rechenzeitbedarf der Anwendung signifikant zwischen typischer und maximaler Störanregung variiert und entsprechend zu situationsabhängigen Reserven führt. Hinterfragt wird der rein auf zeitlichen Eigenschaften basierende Entwurf des Gesamtsystems ohne Berücksichtigung der Dynamik der Regelgüte und die damit einhergehende pessimistische Auslegung. Das Ziel des Vorhabens ist die Vermeidung von Pessimismus beim Entwurf von harten Echtzeitsystemen für Regelungsanwendungen mit strikten Qualitätsgarantien und somit die Auflösung des Zielkonfliktes zwischen der Garantie der Regelgüte und einer hohen mittleren Leistungsfähigkeit des Systems. Der verfolgte Lösungsansatz stützt sich auf einen gemeinsamen Entwurf von Regelungsanwendung und Ausführungsumgebung und umfasst die folgenden drei Kernpunkte: die modellgestützte Bewertung der Regelgüte, eine vorausschauende Ablaufplanung von Regelungsaktivitäten und ein hybrides Ausführungsmodell zur Einhaltung der Garantien. -
Ermittlung des Verdichtungsmechanismus bei der Erzeugung dichter keramischer Schichten bei Raumtemperatur mittels Aerosol-Deposition
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. September 2015
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Keramische Schichten werden häufig zur Verbesserung verschiedener Funktionen von Werkstücken (Verschleißschutz, Tribologieverbesserung, etc.) eingesetzt, sind aber auch Bestandteil komplexer Bauteile der Mehrlagentechnik z.B. in der Mikroelektronik. Größter Nachteil bei der Herstellung keramischer Schichten ist, dass sie zum Verdichten bei hohen Temperaturen gesintert werden müssen. Dadurch wird die Kombination mit anderen Materialklassen (Metalle, Polymere) deutlich erschwert. Eine Methode, dichte keramische Schichten bei Raumtemperatur herzustellen, ist die Aerosol-Deposition, die in den 1990er Jahren von Jun Akedo entwickelt wurde. Bei der Aerosol-Deposition wird aus einer Pulverschüttung mittels eines durchströmenden Gases ein Aerosol erzeugt, das auf ein Substrat beschleunigt wird und beim Auftreffen der Partikel eine dichte Schicht ausbildet. Solche Schichten sind bereits aus verschiedenen keramischen Materialien hergestellt worden, der Verdichtungsmechanismus ist bisher jedoch nur ungenügend geklärt. Daher soll in dem vorliegenden Projekt der Schichtaufbau beim Aerosol-Deposition-Verfahren und damit die beteiligten Verdichtungsmechanismen genauer untersucht und aufgeklärt werden, um schließlich neue Beschichtungsqualitäten und Verbundstrukturen bei niedrigen Herstelltemperaturen zu erreichen. Dazu sollen nach dem Aufbau des Aerosol-Deposition-Verfahrens zunächst dichte keramische Schichten bei Raumtemperatur hergestellt werden, wobei ein besonderer Fokus auf das Aerosol und dessen Eigenschaften gelegt wird. Nach Ermittlung der für eine Aerosolerzeugung und eine erfolgreiche Abscheidung notwendigen Parameter soll der Verdichtungsmechanismus untersucht werden. Dazu wurde eine Arbeitshypothese des Verdichtungsmechanismus aufgestellt: In Anlehnung an die Mechanismen anderer sinterfreier Verfahren wie Kaltgas-Spritzen und Schockkompaktieren wird vermutet, dass der Verdichtungsprozess bei der Aerosol-Deposition auf einer Kombination aus Zerbrechen und Neuanordnung der Partikel beim Auftreffen auf das Substrat - verstärkt durch die nachfolgend auftreffenden Partikel -, einer lokalen Umwandlung eines Teils der kinetischen Energie in thermische Energie an der Partikeloberfläche (Aufschmelzen der äußersten Partikelhülle) sowie einer plastischen Verformung der keramischen Partikel beruht. Um diese Hypothese zu belegen, sollen systematische Untersuchungen zum Einfluss der verschiedenen Prozessparameter, die Charakterisierung speziell der Grenzflächen und die Analyse des entstehenden Gefüges in den unterschiedlichen Aufbauphasen der Schicht erfolgen. Die Klärung des Verdichtungsmechanismus ist wichtig, um die Eigenschaften der Schicht während der Herstellung beeinflussen und bestenfalls steuern zu können. Dies würde die Basis für die Anwendung der Aerosol-Deposition für funktionelle Mehrlagenaufbauten legen, was das Aerosol-Deposition-Verfahren zu einer vielversprechenden Zukunftstechnologie machen würde. -
Influence of higher Operating Frequencies on Filters between Inverter and Motor
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2015 - 30. April 2016
Mittelgeber: Industrie -
Open Digital Research Environment Toolkit for the Advancement of Mathematics
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Open Digital Research Environment Toolkit for the Advancement of Mathematics
Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2019
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Auftrag zur Erhebung morphometrischer Daten in zellulären humanen Blutbestandteilen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 25. August 2015 - 10. Oktober 2015
Mittelgeber: Siemens AG -
Untersuchungsprogramm der Metalllegierung STAL15SX
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2015 - 31. Juli 2018
Mittelgeber: Siemens AG -
Anbahnungshilfe Bayern-Québec 2015
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2015 - 30. November 2015
Mittelgeber: Bayerische StaatsministerienMalaria tropica ist die weltweit häufigste und gefährlichsteInfektionskrankheit, die durch Mücken in tropischen Ländern übertragen wird.Nach einer Infektion befällt der Parasit, P.falciparum, Leber und rote Blutkörperchen (Erythrozyten), wo er sichvermehrt und der Immunabwehr entgeht. Im Erythrozyten findet der Erregeroptimale Bedingungen für Wachstum und Vermehrung. Zusätzlich wandelt er dasinterne Milieu der Wirtszelle nach seinen Anforderungen um. Er ernährt sich vomHämoglobin-Abbau, wofür seine Fressvakuole von immenser Bedeutung ist. Letztereist auch Angriffspunkt vieler Malaria-Medikamente, jedoch auchhauptverantwortlich für Resistenzen, die durch eingebaute Transporter undPumpen erklärt werden und vor Änderungen der Ionen- und pH-Homöostase desParasiten schützen. Andererseits wird das Milieu der Wirtszelle in komplexerWeise beeinflusst. Im beantragten Projekt widmen sich die beiden Partner derAufklärung der Parasiten-Wirts-Beziehung auf zellulärer Ebene, indem siedynamische Transportmechanismen von fluoreszierenden Substraten derResistenz-Transporter in der Fressvakuole untersuchen. Hierzu werden moderneMethoden der Fluoreszenz-Mikroskopie und Analyse eingesetzt, welche denAusgangpunkt für neuartige Erkenntnisse der molekularen Pumpraten derResistenztransporter bilden. Hieraus werden Kinetik-Modelle als Ausgangsbasisfür mathematische Modelle benutzt, um die zukünftige Wirksamkeit vonMedikamenten vorhersagen zu können. Zusätzlich sollen die schnell zu erhebendenKinetikparameter an isolierten Fressvakuolen als Schnelltest dienen, umScreening auf Resistenzumkehr für neue niedermolekulare Substanzklassen zueröffnen. Die gewonnen Erkenntnisse dienen zum einen dem Verständnis derkomplexen Veränderung der Ionenhomöostase im verschachtelten System desinfizierten Erythrozyten und dienen als Ausgangspunkt für präklinischeMedikamenten-Testung im Rahmen automatisierter ‚high-throughput screenings‘.
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Entwicklung eines Bakteriophagen-basierten Erreger-Schnelltests
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2015 - 31. März 2016
Mittelgeber: Industrie -
Multiphotonenmikroskopisches Monitoring der Zell-Fitness in der Entwicklung der standardisierten Gewebemodelle
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Laufzeit: 1. August 2015 - 31. Juli 2017
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Die Zulassung von Arzneimitteln ist immer mehr auf innovative 'in vitro' Testsysteme angewiesen. Insbesondere durch Automatisierung und Parallelisierung multimodaler Readout-Systeme können dabei immense Kosten eingespart werden. Der Stand der Technik hält z.Zt. nur vereinzelte Testsysteme bereit, welche jedoch nur eingeschränkt aussagefähig und nicht universal einsetzbar sind. Ziel ist die Entwicklung eines biotechnologischen Gewebemodell-Systems für Barriereorgane (wie Haut, Darm und Lunge), in welchem standardisierte Zellmodelle auf einem biokompatiblen Nanocellulose-basierten Barriere-Vlies in einer multimodalen Sensor-Umgebung (pH, O2, CO2, elektr. Widerstand, optisch-basierte Zell-Fitness) unter Einfluss potentiell toxischer Substanzen überwacht werden können. Read-outs sollen hierbei automatisiert und kontinuierlich erhoben und ausgewertet werden, um verlässliche Toxizitäts-Aussagen treffen zu können. Mikrotest-Kammer-Systeme müssen so entwickelt werden, dass diese parallele Ansätze in einer Multiwell-Architektur erlauben und die Sensorik durch Miniaturisierung integriert werden kann. Das System soll eine vorgeschaltete bioinformatische Vorhersage beinhalten.
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Adaptive Softwareinfrastruktur betriebsmittelbeschränkter vernetzter Systeme (Phase 2)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1508: Dynamisch adaptierbare Anwendungen zur Fledermausortung mittels eingebetteter kommunizierender Sensorsysteme
Laufzeit: 1. August 2015 - 31. Juli 2018
Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)Im Kontext der Gesamtvision der Forschergruppe BATS ist es das Ziel des Teilprojekts ARTE (adaptive run-time environment, TP 2) eine flexible Systemsoftwareunterstützung zu entwickeln. Diese soll es ermöglichen, für die Verhaltensbeobachtungen von Fledermäusen (TP 1) verteilte Datenstromanfragen (TP 3) auf einem heterogenen Sensornetzwerk (TP 4), bestehend aus stationären (TP 5) und mobilen (TP 7) Sensornetzwerkknoten, zu etablieren. Eine besondere Herausforderung stellen hierbei die knappen Ressourcen dar, im speziellen Speicher und Energie, sowie die wechselhafte Konnektivität der nur 2 g schweren mobilen Knoten. In Anbetracht dieser vielfältigen und teilweise konfligierenden Anforderungen soll ARTE in Form einer hochkonfigurierbaren Softwareproduktlinie realisiert werden. Ziel ist es, sowohl die unterschiedlichen funktionalen Anforderungen zwischen mobilen und stationären Knoten zu unterstützen, als auch wichtige nichtfunktionale Eigenschaften, wie niedriger Speicherverbrauch und Energieeffizienz. Entsprechend soll schon bei der Entwicklung von ARTE der Konfigurationsraum werkzeuggestützt und gezielt auf nichtfunktionale Eigenschaften untersucht werden, um gemäß der Anforderungen an das Projekt später im Einsatz eine optimierte Auswahl von Implementierungsartefakten zu bieten. Dabei ist explizit die dynamische Anpassbarkeit von Anwendungs- wie auch von Systemfunktionen zu berücksichtigen. Auf funktionaler Ebene wird ARTE Systemdienste in Gestalt einer Middleware bereitstellen, die Anpassung und Erweiterung zur Laufzeit unterstützt und auf Datenstromverarbeitung zugeschnitten ist, um eine ressourceneffiziente und flexible Ausführung von Datenstromanfragen zu ermöglichen.
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Feature-basierte Bildregistrierung für interventionelle Anwendungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2015 - 30. Juni 2018
Mittelgeber: Siemens AG -
Alternative erneuerbare Kraftstoffe aus Kunststoffabfall und ihre Verbrennungs- und Emissionseigenschaften in der Dieselmotorischen Verbrennung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2015 - 30. Juni 2017
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Optimierung eines zweistufigen LC-Filters
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2015 - 30. September 2015
Mittelgeber: Siemens AG -
Selektives Laserstrahlschmelzen von Mehrphasensystemen (A6)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
Laufzeit: 1. Juli 2015 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
URL: https://www.crc814.research.fau.euZiel des Teilprojekts A6 ist die lokale Einbringung von Füllstoffen undBlendkomponenten mittels Vibrationsdüsen beim selektiven Laserstrahlschmelzen,um so gradierte Bauteileigenschaften zu erzielen. Zudem sollen Methodenuntersucht werden, Fasern in z-Richtung zu orientieren, damit eine Verstärkungin Aufbaurichtung generiert wird. Somit werden völlig neue Freiheitsgrade beider Einstellung von Bauteileigenschaften ermöglicht. Dabei soll die Auswirkungvon lokal eingebrachten sowie ausgerichteten Partikeln auf die Prozessführungerforscht werden.
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Bildverbesserung der 4D DSA und Flußquantifizierung mittels 4D DSA
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. Juni 2015 - 14. Juni 2017
Mittelgeber: Siemens AG -
Verbesserung Freiraumerkennung/fusion im Grid: Odometrie aus Umgebungssensoren
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 12. Juni 2015 - 31. Mai 2016
Mittelgeber: Industrie -
Spieldatenbasierte Leistungsindikatoren im Profifußball
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 8. Juni 2015 - 22. Februar 2016
Mittelgeber: Industrie -
Forensische TK-Metadatenanalyse
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 2. Juni 2015 - 30. November 2015
Mittelgeber: Industrie -
Forschungskostenzuschuss Dr. Huang, Xiaolin
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2015 - 31. Mai 2017
Mittelgeber: Alexander von Humboldt-Stiftung -
Simulation of Free Surface Flow on a slope by use of waLBerla Framework
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2015 - 31. Mai 2017
Mittelgeber: Industrie -
Enhacement of the SEBM-process of pure copper in order to fabricate fine knob structures with high surface quality true to size
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 6. Mai 2015 - 1. August 2015
Mittelgeber: Siemens AG -
Entwicklung eines automatisierten Biomechanik-Roboters ('MyoRobot') für erweiterte biomechanische Funktionsmessungen an elastischen und kontraktilen Geweben für die Biomedizinische Forschung und präklinische Diagnostik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2015 - 30. April 2018
Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller ForschungsvereinigungenMaterialtestung biologischer Materialien, insbesondere Organ-Bestandteile, mit Vermessung biomechanischer Parameter, stellt eine bisher ungelöste Herausforderung an die Übersetzung von Materialwissenschaften in die Biotechnologie und Medizintechnik dar. Insbesondere aktive Organe, wie z.B. Skelett-, Herz- und Gefäßmuskel besitzen neben passiv-elastischen Eigenschaften die Fähigkeit, aktiv Kraft zu entwickeln. Die Kraftentwicklung ist dabei ein komplexer Vorgang einer seriellen Aktivierungskaskade, die dezidiert zu testen bisher kein medizintechnisches Gerät allein in der Lage ist. Ein derartiges 'all-in-one' automatisiertes Muskelfunktions-System wäre für sowohl für die Biomedizinische Grundlagenforschung sowie angewandt-klinische Prä-Diagnostik (z.B. bei ungeklärten Muskelerkrankungen) von hohem Interesse und eine derzeitige Marktlücke. Die Umsetzung mikro-mechatronischer Ansätze mit automatisierten Programmabläufen zur biomechanische Gewebsparameter-Erhebung, speziell aktiv kontraktiler Organe, erfordert ein hohes interdisziplinäres F&E-Umfeld. Dies ist durch die Partner deutschlandweit einzigartig repräsentiert. Ziel des Projekt ist die Entwicklung eines versatilen 'MyoRobot'.
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Wissensbasierte Reduzierung des Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung mittels informationstechnologischer Hybride auf der Grundlage von Referenz-Petri-Netzen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2015 - 30. April 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)Ziel des Forschungsvorhabens ist die Reduzierung der Energie- und Wasserbedarfs bei der Weinerzeugung. Dazu soll ein hybrides, informationstechnologisches Werkzeug basierend auf Referenz-Petri-Netzen entwickelt werden, das in die Prozessleitebene der Betriebe integrierbar ist und auf im Prozess erfassten Daten eine Echtzeit-Abbildung und Visualisierung des Gesamtprozesses realisieren kann.
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Parallelisierung und Ressourcenabschätzung von Algorithmen für heterogene FAS-Architekturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Mit dem Institut INI.FAU geht die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg neue Wege in Forschung und Lehre. Gemeinsam mit der AUDI AG entsteht am Standort Ingolstadt ein regionales Kompetenzzentrum, das dem wissenschaftlichen Nachwuchs einmalige Arbeitsbedingungen bietet, um theoretisches Wissen für die Praxis anwendbar zu machen. Ziel ist es vor allem, Fahrerassistenzsysteme (FAS) durch neue Methoden in der Parallelisierung und Ressourcenabschätzung weiter zu entwickeln.
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Mobile Zeiterfassung (AMOS 2015)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. April 2015 - 17. Juli 2015
Mittelgeber: Industrie -
Personalfragebogen 2.0 (AMOS 2015)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. April 2015 - 17. Juli 2015
Mittelgeber: Industrie -
Croud Trip! (AMOS 2015)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. April 2015 - 17. Juli 2015
Mittelgeber: Industrie -
Automated Spice Treacibility (AMOS 2015)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. April 2015 - 17. Juli 2015
Mittelgeber: Industrie -
Cloud Migration und Vergleich (AMOS 2015)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 13. April 2015 - 17. Juli 2015
Mittelgeber: Industrie -
Know Your Queries!
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. April 2015 - 31. Dezember 2018Das Projekt strebt eine Verwaltung von Datenbank-Anfragen für ganz unterschiedliche Zwecke an. Am einfachsten ist noch die Nutzung für die Optimierung einer konkreten Datenbank-Installation. Das praktizieren Datenbank-Administratoren ohnehin schon, und oft helfen die Datenbanksysteme ihnen dabei, indem sie Anfrage zwischenspeichern und Vorschläge für die Optimierung machen.
Wenn man seine Queries kennt, kann man aber auch noch ganz andere Dinge damit machen. Man kann prüfen, ob sich einige davon nicht auch effizienter mit einem Datenstromsystem ausführen ließen. Oder mit einem NoSQL-System. In beiden Fällen müssen die Anfragen dann übersetzt werden in die Sprache, die diese beiden Systeme verstehen.
Und schließlich kann man Anfragen auch schon entgegennehmen, wenn es noch gar kein System gibt, das sie ausführen kann. Ein Grund kann darin liegen, dass die zur Beantwortung benötigten Daten nicht lokal im eigenen System vorliegen, sondern extern verfügbar sind und erst noch angeschlossen werden müssen. Ein anderer Grund kann darin liegen, dass es noch gar kein Datenbanksystem gibt. In dessen Entwurf ist es aber sehr hilfreich zu wissen, welche Anfragen es später ausführen soll. Evtl. lassen sich sogar Teile des Datenbankschemas automatisch aus den Anfragen ableiten.
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E|Home-Center: HomeORC – Mikro-KWK mit Organic Rankine Cycles
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: E-Home-Center
Laufzeit: 1. April 2015 - 30. März 2018
Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien
URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/homeorc/Ein wichtiger Bestandteil auf dem Weg zur Energiewende in Deutschland ist die Dezentralisierung der Energieerzeugung. Dies gelingt nur durch den Großflächigen Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, kurz KWK, welche die Erzeugung von Nutzwärme und elektrischer Energie vereinen und somit eine maximale Ausnutzung der eingesetzten Ressourcen ermöglichen.
In der Praxis existieren dazu verschiedenste Anlagenkonzepte. Weit verbreitet und etabliert hat sich dabei der sogenannte Organic-Rankine-Cycle (ORC). Dieser ermöglicht es Abwärme aus verschiedenen Prozessen, wie z.B. Biogasanlagen nutzbar zu machen. Selbst bei niedrigen Temperaturen gelingt es damit die sonst ungenutzte Energie in Strom umzuwandeln.
Im Rahmen des EHome-Centers, dem bayerischen Technologiezentrum für privates Wohnen, entstand deshalb folgendes Projekt: Der von Orcan Energy entwickelte Mikro-ORC soll im Dauerversuch in einer relevanten Umgebung, z.B. ein Mehrfamilienhaus getestet werden. Dazu wird dieser mit einer kommerziellen mit Pellets gefeuerten Zentralheizung gekoppelt. Durch diesen Aufbau soll dem Endverbraucher eine, im Vergleich zum Strombezug von Elektrizitätsversorgern, günstige und unabhängige Option zur Stromerzeugung ermöglicht werden.
Im zweiten Schritt soll das Mikro-ORC-System mit einer innovativen Mikro-Wirbelschichtfeuerung kombiniert werden. Dadurch kann der typischerweise hohe Luftüberschuss von Biomassefeuerungen reduziert und damit der Feuerungswirkungsgrad gesteigert werden. Insgesamt kann mit diesem Schritt der elektrische Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht werden.
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Dreidimensionale Röntgen-Dunkelfeld-Bildgebung in einer Helix-Geometrie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2015 - 31. März 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Dunkelfeld-Signal eines Röntgen-Phasenkontrast-Systems misst die Streuung mikroskopischer Strukturen mit Hilfe eines Talbot-Lau-Interferometers mit einer konventionellen Röntgenröhre und eines konventionellen Röntgendetektors. Interessanterweise ist die gemessene Intensität des Dunkelfeld-Signals von der Orientierung der Mikrostruktur abhängig. Mit Hilfe von Algorithmen für die tomographische Bildrekonstruktion ist es möglich, diese Strukturorientierungen zu bestimmen. Die Größe der abgebildeten Strukturen kann wesentlich kleiner sein als die Auflösung der verwendeten Röntgendetektoren. Hiermit ist es möglich, Eigenschaften von beispielsweise Knochen oder Weichgewebe in einem Detailgrad zu untersuchen, wie es bisher mit klinischen Röntensystemen nicht möglich war.Bisherige Dunkelfeld-Rekonstruktionsverfahren benötigen für eine Rekonstruktion in 3D eine Abtastung aus allen räumlichen Richtungen, was für den praktischen Einsatz nicht geeignet ist.Das Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung eines Systems und Verfahrens zur 3D-Rekonstruktion von Strukturorientierungen mit Hilfe von Messungen auf einer praktikablen Abtastbahn. Hierfür schlagen wir die in konventionellem CT sehr erfolgreich eingesetzte Helix-Trajektorie vor. Damit wird es zum ersten mal möglich sein, Dunkelfeld-Volumen aus einer praktisch einsetzbaren, kontinuierlichen Aufnahmetrajektorie zu berechnen, die keine mehrfache Rotation des Objekts erfordert und dabei auch unnötig lange Durchstrahlungslängen durch das Objekt bzw. den Patienten vermeidet.Das Projekt wird in Zusammenarbeit zwischen der Physik und der Informatik and der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt. Im einzelnen gliedert sich das Projekt in sechs Teile:- A: Entwicklung eines Streumodels für Dunkelfeldsignale aus einem 3D-Kegelstrahl.- B: Entwicklung von Rekonstruktionsalgorithmen für das Helix-Dunkelfeld-System- C: Entwicklung und Optimierung der Rekonstruktionsmethoden im Hinblick auf klinische Anwendungen- D: Entwurf eines experimentellen Helix-Bildgebungssystems- E: Aufbau des Helix-Bildgebungssystems- F: Bewertung und Optimierung der SystemeigenschaftenDie Teile A bis C werden in der Informatik bearbeitet, die Teile D bis F in der Physik. -
IIS-LIKE-Kooperationsprojekt Satellitenkommunikation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2015 - 31. März 2018
Mittelgeber: IndustrieDas Fraunhofer Institut für IntegrierteSchaltungen (IIS) entwickelt derzeit einen On-Board Prozessor (OBP), welcher imRahmen der Heinrich Hertz-Satellitenmissionim Jahr 2018/2019 ins Weltall starten soll. Dieser Fraunhofer On-Board Prozessor (FOBP) trägt einen hohenInnovationsgrad im Bereich der Satellitenkommunikation. Ein aktueller Trendzeigt einen Anstieg solch dynamisch rekonfigurierbarer Field Programmable Gate Array (FPGA)-basierten OBPs im Weltraum.Aufgrund von Herausforderungen, wie Weltraumstrahlung, Temperaturschwankungen,Leistungsbeschränkungen sowie mechanische Belastungen, werden bislang solcheFPGA-basierten OBPs lediglich in geringen Orbithöhen bei kurzerMissionslebensdauer eingesetzt. Damit stellt der Einsatz des FOBPs mit einerSatellitenposition im Geostationary Earth Orbit(GEO) und der damit verbundenen langen Lebensdauer ein hohesForschungspotenzial dar.
Im Fraunhofer IIS werden neben derKoordination und der Entwicklung des FOBP auch Firmware-Entwicklungen undZuverlässigkeitsanalysen der FPGAs durchgeführt. Die Koordination umfasst unteranderem die Einbindung verschiedener Projektpartner zur Entwicklung und Integrationdes FOBPs.
Um auf dem Gebiet der geostationärenSatellitenkommunikation einen wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn zuerlangen, plant der Lehrstuhl für Informationstechnik mit dem SchwerpunktKommunikationselektronik (LIKE) eine Kooperation mit dem Fraunhofer IIS. DieBeiträge fokussieren sich im Allgemeinen auf digitale Übertragungssysteme,digitale Signalverarbeitung, Firmware-Architektur (FPGA) und zuverlässigeSysteme, mit besonderem Augenmerk auf die Satellitenkommunikation.
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Allvac 718Plus
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2015 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Industrie -
Systematische Auslegung und Optimierung eines EMV Filters
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2015 - 31. Mai 2015
Mittelgeber: Siemens AG -
Data Mining in der U.S. National Toxicology Program (NTP) Datenbank
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. März 2015 - 31. Mai 2015 -
Smart Annotation using semi-supervised techniques
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 1. Februar 2015 - 30. Januar 2019Objective health data about subjects outside of the laboratory is important in order to analyse symptoms that cannot be reproduced in the laboratory. A simple daily life example would be how stride length changes with tiredness or stress. In order to investigate this we must be able to accurately segment a stride from daily living data in order to have an accurate measure of duration and distance. State-of-the-art methods use separate segmentation and classification approaches. This is inaccurate for segmentation of an isolated activity, especially one that is not repeated. This could be solved using a model that is based on the sequence of phases within activities. Such a model is a graphical model. Currently we are working with Conditional Random Fields and Hierarchical Hidden Markov Models on daily living data. The applications will include sports as well as daily living activities.
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Entwurf und Evaluierung hochverfügbarer Ethernet-basierter E/E-Architekturen für latenz- und sicherheitskritische Anwendungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2015 - 1. Februar 2018
Mittelgeber: Industrie
URL: http://www.ini.fau.de/index.shtmlIn diesem INI.FAU-Projekt zwischen der Audi AG und dem Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware- Software-Co-Design) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg werden Konzepte zukünftiger Ethernet-Standards evaluiert und für den Einsatz im Fahrzeug, d.h. in Topologie, Dimensionierung und Parametrierung hinsichtlich der Kriterien Zeitverhalten und Verfügbarkeit exploriert und optimiert.
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Lösung partieller Differentialgleichungen mit dünnen Gittern
(Projekt aus Eigenmitteln)
Laufzeit: 2. Januar 2015 - 6. Dezember 2019- Dünne Gittern ermöglichen eine Lösung von partiellen Differentialgleichungen mit reduziertem Speicheraufwand.
- Effiziente Algorithmen zur Lösung hochdimensionaler partieller Differentialgleichungen mit variablen Koeffizienten auf dünnen Gittern.
- Lösung der hochdimensionalen Schrödinger-Gleichung.
- Konvergenzanalyse, numerische Analysis.
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Tailored Carburization: Gradierung mechanischer Eigenschaften in der Blechebene und über die Blechdicke
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2015 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Projektziel besteht in der Erarbeitung und Charakterisierung der grundlegenden Möglichkeiten zur Einstellung lokaler mechanischer Eigenschaften durch eine örtlich begrenzte Aufkohlung des Blechhalbzeugs. Dabei soll eine Prozessführung basierend auf der in der Massivumformung bei Getrieben verwendete Methodik des Einsatzhärtens entwickelt werden. Das Einsatzhärten wird in der Massivumformung beispielsweise zur Randschichthärtung des Werkstoffs verwendet, wodurch die Ermüdungsfestigkeit in Zahnfuss und -flanke gesteigert werden kann. Dabei handelt es sich in der Massivumformung um einen etablierten, in der Blechumformung neuartigen, innovativen Ansatz, bei dem aktuell keine grundlegenden Kenntnisse zur Herstellung von Bauteilen aus flachen Halbzeugen mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt vorliegen. Die Kenntnis des Einflusses und der Ausbildung dieser unterschiedlichen Kohlenstoffgehalte stellen allerdings einen entscheidenden Faktor in Anbetracht der fortwährenden Steigerung der Komplexität der Bauteile und Prozesse durch steigende, teils kontroverse Anforderungen sowie der Forderung nach Funktionsintegration in einzelnen Bauteilen dar. Dafür ist es zunächst notwendig, die prozessspezifischen Randbedingungen hinsichtlich der Diffusion des Kohlenstoffs in den Werkstoff zu erarbeiten und den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter bezüglich des Diffusionsverhaltens zu analysieren, um ein geeignetes Prozessfenster zu identifizieren. Da die Diffusion einen zeitvarianten Prozess darstellt, müssen weiterhin die notwendigen zeitlichen Rahmenbedingungen für eine komplette Aufkohlung mit anschließender Durchhärtung ermittelt werden. Die Verwendung einer kürzeren Zeit resultiert dabei in sich ändernden mechanischen Eigenschaften in Blechdickenrichtung, was zu einem veränderten Versagensbild des Werkstoffs führt und ebenfalls stichprobenartig untersucht wird. Zudem soll untersucht werden, wie sich übergangsbereiche zwischen lokal mittels Graphit aufgekohlten und nicht aufgekohlten Zonen über die Verw