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.

  • Simulation KI-unterstützter automobiler Szenarien und Protokoll-Optimierung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Optimierung der Konnektivität für automobile Anwendungen in hybriden Satelliten / terrestrischen 5G Netzwerken mittels künstlicher Intelligenz
    Laufzeit: 1. Februar 2022 - 31. Januar 2025
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Die Kooperation bestehend aus Airbus Defence and Space GmbH, Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen, Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg und der ZF Friedrichshafen AG hat das gemeinsame Ziel, die Konnektivität für automobile Anwendungen in hybriden Satelliten und terrestrischen 5G Netzwerken mittels künstlicher Intelligenz zu erforschen und optimieren.

    Die FAU arbeitet hierzu schwerpunktmäßig an Konzepten zur Integration automobiler Anwendungen, der Erstellung eines Simulationsmodells zur Kombination von Fahrzeug- und Satellitenkommunikation, der Einbindung von KI-Algorithmen, der Leistungsbewertung und Optimierung von Quality-of-Service relevanten Netzwerk- und Protokollaspekten sowie der Umsetzung in einem Echtzeit-Demonstrator. Ergebnisse sollen bei wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt werden und in die Standardisierung von 5G und zukünftigen 6G Netzwerken eingebracht werden.

  • Regelung von Ring-Resonator-Modulatoren in der optischen Datenübertragung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2022 - 31. Januar 2025
    Mittelgeber: Industrie

  • Unsupervised Network Medicine for Longitudinal Omics Data

    (FAU Funds)

    Laufzeit: seit 15. Januar 2022
    Abstract

    Over the last years, large amounts of molecular profiling data (also called “omics data”) have become available. This has raised hopes to identify so-called disease modules, i.e., sets of functionally related molecules constituting candidate disease mechanisms. However, omics data tend to be overdetermined and noisy; and modules identified via purely statistical means are hence often unstable and functionally uninformative. Hence, network-based disease module mining methods (DMMMs) project omics data onto biological networks such as protein-protein interaction (PPI) networks, gene regulatory networks (GRNs), or microbial interaction networks (MINs). Subsequently, network algorithms are used to identify disease modules consisting of small subnetworks. This dramatically decreases the size of the search space and prioritizes disease modules consisting of functionally related molecules, positively affecting both stability and functional relevance of the discovered modules.

    However, to the best of our knowledge, all existing DMMMs are subject to at least one of the following two limitations: Firstly, existing DMMMs are typically supervised, in the sense that they try to find subnetworks explaining differences in the omics data between predefined case and control patients or pre-defined disease subtypes. This is potentially problematic, because it implies that existing DMMMs are biased by our current disease ontologies, which are mostly symptom- or organ-based and therefore often too coarse-grained. For instance, around 95 % of all patients with hypertension are diagnosed with so-called “essential hypertension” (code BA00.Z in the ICD-11 disease ontology), meaning that the cause of the hypertension is unknown. In fact, there are probably several disjoint molecular mechanisms causing “essential hypertension”, and the same holds true for many other complex diseases such as Alzheimer’s disease, multiple sclerosis, and Crohn’s disease. Supervised DMMMs which take existing disease definitions for granted hence risk overlooking the molecular mechanisms causing mechanistically distinct subtypes.

    Secondly, most existing DMMMs are designed for static omics data and do not support longitudinal data where the patients’ molecular profiles are observed over time. Existing analysis frameworks for longitudinal omics data largely use purely statistical means. Consequently, network medicine approaches for time series data are needed.

    To the best of our knowledge, there are only three DMMMs which, in part, overcome these limitations: BiCoN and GrandForest allow unsupervised disease module mining but do not support longitudinal omics data. TiCoNE supports longitudinal data but requires predefined case vs. control or subtype annotations as input. There is hence an unmet need for unsupervised DMMMs for longitudinal omics data. Developing such methods is the main objective of the proposed project.

  • Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von Funktionsbauteilen vom Band

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2022 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Durchdie Anwendung von Massivumformverfahren auf flächige Halbzeuge, auchBlechmassivumformung genannt, werden die bestehenden Formgebungsgrenzenetablierter Verfahren der Blech- und Massivumformung erweitert. Dies ermöglichtdie ressourcenschonende Fertigung funktionsintegrierter Leichtbauteile. Inbisherigen Untersuchungen wurde die Blechmassivumformung von vorbeschnittenenRonden erforscht. Durch den Einsatz bandförmiger Halbzeuge werden die Vorteileder Fertigung vom Coil hinsichtlich vereinfachten Bauteilhandlings und höhererAusbringungsmenge mit den Vorteilen der Blechmassivumformung bezüglicherweiterter Formgebungsgrenzen kombiniert.

    Ausdem Einsatz von Coil resultiert allerdings ein anisotroper Stofffluss undfolglich eine ungleichmäßige Bauteilausformung. Diese verschlechtert dasBauteileinsatzverhalten und stellt insbesondere für zyklisch-symmetrischeBauteile eine Herausforderung dar. Zudem wirken asymmetrische,ermüdungskritische Werkzeugbeanspruchungen. Vor diesem Hintergrund ist es dasZiel, ein grundlegendes Prozessverständnis für das Fließpressen vonVerzahnungen vom Coil zu erarbeiten. Es zu erforschen, wie sich der anisotropeMaterialfluss auf die Ausformung der einzelnen Funktionselementezyklisch-symmetrischer Bauteile sowie die Beanspruchung der Werkzeuge auswirkt.

    Um dasAnwendungspotential des Fließpressens von Verzahnungen vom Band zu erhöhen, istein weiteres Ziel, Maßnahmen zur Verringerung des anisotropen Stoffflusses alsbandspezifische Herausforderung und zur Verbesserung der Bauteilmaßhaltigkeitbereitzustellen. Hierzu sind die Wirkmechanismen verschiedener Ansätze zurMaterialflusssteuerung wie zum Beispiel das Anpassen der Bandbreite, der Vorschubweite,der Werkzeuggeometrie und der lokalen Reibungsadaption bei zyklischsymmetrischen Bauteilen zu analysieren. Neben der Wirksamkeit ist auch dasEinsatzverhalten verschleißkritischer Maßnahmen in Standmengenversuchen zuerforschen.

  • Nichtflüchtigkeit in energiebewussten Betriebssystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Der gegenwärtige Trend hin zu schnellem, byteadressierbarem nichtflüchtigem Hauptspeicher (non-volatile memory, NVM) mit Latenzen und einer Schreibfestigkeit näher an SRAM und DRAM als an Flash positioniert NVM als möglichen Ersatz für die etablierten flüchtigen Technologien. Während einerseits die Nichtflüchtigkeit und geringe Leckleistung NVM, neben weiteren vorteilhaften Merkmalen, zum attraktiven Kandidaten für neue Systementwürfe macht, ergeben sich andererseits auch große Herausforderungen insbesondere für die Programmierung solcher Systeme. So bewirken etwa Stromausfälle in Kombination mit NVM zum Schutz des Rechenzustands Kontrollflüsse, die einen sequentiellen Prozess unerwartet in einen nichtsequentiellen Prozess verwandeln können: Ein Programm muss sich mit seinem eigenen Zustand aus früheren unterbrochenen Läufen auseinandersetzen.

    Wenn Programme direkt im NVM zur Ausführung kommen können, wird normaler flüchtiger Hauptspeicher (funktional) überflüssig. Flüchtiger Speicher findet sich dann ausschließlich im Cache und in Geräte-/Prozessoregistern ("NVM-pure"). Ein darauf ausgelegtes Betriebssystem kann auf viele, wenn nicht sämtliche, für gewöhnlich sonst zu realisierende Persistenzmaßnahmen verzichten und dadurch sein Maß an Hintergrundrauschen (background noise) verringern. Im Einzelnen betrachtet lassen sich so der Energiebedarf senken, die Rechenleistung erhöhen und Latenzen verringern. Des Weiteren ist durch den Wegfall oder Vereinfachung dieser Persistenzmaßnahmen ein "NVM-pure" Betriebssystem schlanker als sein funktional identischer Zwilling herkömmlicher Bauart. Dies trägt einerseits zur besseren Analysierbarkeit nichtfunktionaler Eigenschaften des Betriebssystems bei und ergibt andererseits eine kleinere Angriffsoberfläche beziehungsweise vertrauenswürdige Rechenbasis.

    Das Projekt verfolgt einen "NVM-pure" Ansatz. Dabei resultiert ein drohender Stromausfall in einer Unterbrechungsanforderung (power- failure interrupt, PFI), mit der Folge, einen Fixpunkt (checkpoint) des unvermeidbaren volatilen Systemzustands zu erstellen. Zusätzlich werden, um mögliche PFI-Verluste zu tolerieren, sensitive Betriebssystemdatenstrukturen in transaktionaler Weise analog zu Methoden der nichtblockierenden Synchronisation abgesichert. Des Weiteren werden Methoden der statischen Programmanalyse genutzt, um (1) das Betriebssystem von überflüssigen Persistenzmaßnahmen, die sonst nur noch Hintergrundrauschen erzeugen, zu entschlacken, (2) ununterbrechbare Anweisungsfolgen mit zu hohen Unterbrechungslatenzen, die die PFI-basierte Fixpunktsicherung scheitern lassen können, aufzubrechen und (3) die Arbeitsbereiche der dynamischen Analyse des Energiebedarfs zu definieren. Zur Demonstration, dass ein "NVM-pure" Betriebssystem gegenüber seinem funktional gleichen herkömmlichen Zwilling sowohl in zeitlichen als auch energetischen Belangen effizienter operieren kann, laufen die Arbeiten beispielhaft mit Linux.

  • Verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer Systeme mit asynchroner Kommunikation

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2022 - 31. Dezember 2024
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • UV Lasers: From Modeling and Simulation to Technology

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2022 - 31. Dezember 2024
    Mittelgeber: Stiftungen

  • Anomaly detection and intelligent recalibration of sensorized systems

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2021 - 31. Oktober 2024
    Mittelgeber: Industrie

  • In-situ Charakterisierung eines lokal aufgekohlten Komplexphasenstahls zur Herstellung von Halbzeugen mit maßgeschneiderten Eigenschaften

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2021 - 30. September 2024
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Neue Protokollentwicklungen für schnelles Internet über Satellit

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2021 - 30. September 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Die Kooperation der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg mit der ND SatCom GmbH hat im Vorhaben QUICSAT das gemeinsame Ziel, Internetprotokolle und Anwendungen für geostationäre Satellitenverbindungen zu verbessern.

    Hierzu soll das Potenzial neuer Technologien (AQM, ECN, BBR und insbesondere QUIC) untersucht werden. Ultimatives Ziel ist es, dass Internet über Satellit eine ähnliche Performance wie terrestrische Internetanschlüsse aufweist.

    Die hohe Latenz bei Internet mit geostationären Satelliten, die momentane Architektur von Internetprotokollen sowie die stets steigende Komplexität von Internetanwendungen (insbesondere bei Webseiten) sind der Grund dafür, dass die Performance von Satelliteninternet geringer als die Performance von terrestrischen Internetanschlüssen ist, auch wenn die Datenraten vergleichbar sind. Neuere Quality of Service-Mechanismen (QoS), wie sie für das Internet entwickelt wurden, finden bei der Satellitenkommunikation momentan noch keine Anwendung. Bei QUIC (potenzieller Nachfolger für TCP) besteht zudem die Gefahr, dass sich aufgrund der Nichtanwendbarkeit von PEPs die Performance von Satelliteninternet sogar verschlechtert.

    Das Projekt liefert einen Beitrag zur Protokollerforschung, Standardisierung und bei begleitenden Referenz-Implementierungen.

  • Dentale Glaskeramiken im System SiO2 - Li2O - ZrO2 mit verbesserter Lebensdauer: Mechanismen der Kristallisation und Widerstand gegenüber langsamen Risswachstum

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Dentale Glaskeramiken im System SiO2 - Li2O - ZrO2
    Laufzeit: seit 1. Oktober 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Abstract

    Materialklassen, die den natürlichen Zähnen ähneln, wie polykristalline Keramiken, Glaskeramiken und Keramik-Methacrylat-Komposite werden seit einiger Zeit für den Zahnersatz bevorzugt. Das erste kommerzielle Produkt basierte auf einem nicht-stöchiometrischen Mehrkomponentensystem SiO2-Li2O-Al2O3-K2O-P2O5-ZrO2-ZnO, das vorkristallisiert und anschließend aufgeschmolzen und in eine Form aus feuerfestem Material gespritzt wurden. Die resultierende Glaskeramik erreichte einen Kristallisationsgrad von ~70 Vol.-% mit länglichen Li2Si2O5-Kristalliten und weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf.

    Der Forschungsansatz ermöglicht es, Beziehungen zwischen den mechanischen Eigenschaften, der Zusammensetzung und der Mikrostruktur, entweder in der Glaskeramik oder im Restglas zu ermitteln. Dazu wird der Einflusss des SiO2/Li2O-Molverhältnisses auf das Kristallisationsverhalten von Li2SiO3- und Li2Si2O5-Phasen analysiert und der Effekt der ZrO2-Zugabe bei konstantem SiO2/Li2O-Verhältnissen auf Kristallisationskinetik und Netzwerkstruktur des Restglases untersucht.

  • UtilityTwin

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. September 2021 - 31. August 2024
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)
    Abstract

    In the UtilityTwin research project, an intelligent digital twin for any energy or water supply network is to be researched and developed on the basis of adaptive high-resolution sensor data (down to the sub-second range) and machine learning techniques. Overall, the technology concepts BigData and AI are to be combined in an innovative way in this research project in order to make positive contributions to the implementation of the energy transition and to counteract climate change.

  • Erkennung von Schriftartgruppen zur OCR Verbesserung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2021 - 1. August 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    OCR-D steht mit seiner Aufgabe OCR für die massenhaft digitalisierten deutschen Drucke des 16. bis 18. Jahrhunderts zu ermöglichen – trotz großer Fortschritte in der letzten Projektphase – immer noch vor zwei zentralen Problemen: Die große Vielfalt dieses Materials macht es äußerst schwer generische OCR-Modelle zu trainieren, die für alle Drucke gleichermaßen zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Eine händische Auswahl spezialisierter Modelle verbietet sich aber, da in Anbetracht der Menge des Materials der Workflow von OCR-D i.d.R. vollautomatisch ablaufen muss. Verschärft wird diese Situation durch eine durchwegs unbefriedigende Versorgung mit OCR-Trainingsdaten, die bisher weit überwiegend aus Frakturtexten, v.a. des 19. Jahrhunderts bestehen, was die typographische Bandbreite der drei vorangegangenen Jahrhunderte nicht im Ansatz abdeckt.Vor diesem Hintergrund und in Antwort auf Bedarfsmeldungen der SLUB Dresden sowie der ULB Halle schlagen wir vor diesen Zustand wenn nicht gänzlich zu lösen, so doch deutlich zu verbessern indem wir 1) unsere in der letzten Runde erfolgreich entwickelte Schriftarterkennung weiterentwickeln und so feingranular einsetzbar machen, dass sie auf Zeichenebene eingesetzt werden kann;2) repräsentativ ausgewählte OCR-Trainingsdaten für das 16.–18. Jahrhundert transkribieren, die auch Schriften wie Schwabacher und andere Bastarden sowie alte Frakturstile besser abbilden;3) schriftspezifische OCR-Modelle, sowie integrierte Modelle erstellen, die gleichzeitig Schrift und Text erkennen; ein Ansatz der auch schon in anderen Kontexten dafür gesorgt hat, dass die jeweiligen Einzelaufgaben höhere Genauigkeiten erlangten, da so mögliches Overfitting während des Trainings vermindert werden kann. Ergebnis des Projekts wäre eine deutlich verbesserte OCR-Qualität insbesondere für Drucke in Nicht-Frakturschriften, ein qualitativ hochwertiger und für diesen Kontext hochrelevanter Trainigsdatensatz, der langfristig nachnutzbar ist, sowie eine feingranularere Schriftarterkennung, die jenseits der Ermöglichung von schriftartspezifischer OCR auch wichtige Anwendungsgebiete in der Erkennung von Textattributen und der Layoutanalyse hat.

  • Beschichtungsstrategie zur Abwehr von biologischer Korrosion an wasserbaulichen Anlagen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2021 - 31. Juli 2024
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz (StMUV) (ab 10/2013)
    Abstract

    Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung einer Lösungsstrategie gegen biologische Korrosions- und fouling-Probleme an Bauteilen in Süßwassersystemen und insbesondere Stauanlagen in bayerischen Gewässern anhand von Studien in Seen der Region Franken. Dieses Gesamtziel wird in einem dreistufigen Plan systematisch und ganzheitlich bearbeitet. In einer ersten Phase werden kommerziell verfügbare Beschichtungen ohne nachteilige Auswirkung auf den chemischen und ökologischen Gewässerzustand gesammelt. Anschließend werden Modellsubstrate mit den identifizierten Produkten beschichtet und unter kontrollierten Laborbedingungen systematisch auf makroskopischen Muschelbewuchs und mikrobiell-induzierte Korrosion untersucht, im Detail analysiert und aufbauend auf Literaturstudien ein Gesamtbild der Problematik erstellt.
    In der zweiten Projektphase werden Beschichtungen, die sich durch zufriedenstellende anti-fouling Eigenschaften im Labor ausgezeichnet haben unter realen Bedingungen getestet. Hierzu werden Substrate beschichtet und an vorher in Absprache mit dem Landesamt für Umwelt identifizierten Stellen ausgelagert und in regelmäßigen Inspektionen auf fouling charakterisiert.
    In einer dritten Projektphase werden aufbauend auf den Erkenntnissen der vorherigen Phasen und der Expertise des Hauptantragstellers neuartige, in der Arbeitsgruppe an der FAU Erlangen-Nürnberg eigens entwickelte Beschichtungen auf deren anti-fouling Eigenschaften untersucht. Ziel der dritten Projektphase ist es, aufbauend auf relevanten Vorarbeiten einen Ansatz zur generellen Verhinderung von fouling von Bauteilen in Süßwassergewässern zu entwickeln.

  • Tomograpische optische Rußdiagnostik in instationären Flammen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2021 - 31. Juli 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Obwohl große Anstrengungen zur Elektrifizierung der Mobilität und zur Dekarbonisierung der Energiewandlung unternommen werden, wird die Verbrennung fossiler und anderer kohlenstoffbasierter Brennstoffe sowohl in China als auch in Deutschland noch viele Jahre ein wichtiger Sektor der Energiewandlung sein. In diesem Zusammenhang stellt die Reduzierung der Rußemissionen aus Verbrennungsprozessen sowohl hinsichtlich der gesundheitlichen Auswirkungen als auch hinsichtlich des erheblichen Beitrags zur globalen Erwärmung eine große Herausforderung dar.Trotz großer Fortschritte in der Modellierung gibt es noch Lücken im Verständnis der Rußbildung in turbulenten Verbrennungsprozessen, wie sie z.B. für Verbrennungsmotoren relevant sind. Eine der größten Herausforderungen auf dem Weg zu einem besseren Verständnis der Rußbildung ist die Notwendigkeit einer zeitlich hoch-aufgelösten Erfassung komplexer, fluktuierender Rußverteilungen. Dieses Projekt stellt sich dieser Herausforderung, indem es eine vier-dimensionale (3D räumlich und zeitlich aufgelöste) Bestimmung wesentlicher Rußparameter ermöglicht. Der kooperative Ansatz der Gruppen in Erlangen und Shanghai, deren Expertisen sich für dieses Projekt ideal ergänzen, bildet eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung dieser fortschrittlichen Diagnosemethode.Das letztendliche Ziel des beantragten Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Methode, mit der wesentliche charakteristische Parameter von Ruß (Konzentration, Primärpartikelgröße, Temperatur) mit hoher zeitlicher Auflösung (kHz) in ihrer vollen drei-dimensionalen Struktur gemessen werden können. Zu diesem Zweck werden die Methoden der Zweifarb-Pyrometrie (2CP) und der zeitaufgelösten laserinduzierten Inkandeszenz (TiRe-LII) mit volumetrischer Beleuchtung weiterentwickelt und mit fortschrittlichen tomographischen Rekonstruktions-verfahren kombiniert. Eine Besonderheit des Ansatzes ist die Realisierung eines Aufbaus mit minimiertem experimentellen Aufwand. Der Aufbau erlaubt die gleichzeitige Messung von 2CP und TiRe-LII mit insgesamt drei bzw. vier Hochgeschwindigkeitskameras, was durch den Einsatz speziell angepasster Faserbündel erreicht wird.Das Projekt nutzt zwischen Experiment und numerischer Simulation aufeinander abgestimmte Schritte. Ausgehend von einer Referenzflamme mit bekannten Eigenschaften, kann so die Methode schließlich auf eine transiente Diffusionsflamme angewendet werden.Für eine schnelle und effiziente Auswertung der großen Datenmengen werden sowohl die Auswertealgorithmen für LII als auch für die tomographische Rekonstruktion weiterentwickelt, einschließlich des Einsatzes eines Convolutional Neural Networks. Am Ende des Projektes werden ein Messsystem und Auswerteverfahren zur Verfügung stehen, mit denen für verschiedene Flammentypen Referenzdaten zum Verständnis der Rußbildung und Oxidation sowie zur Validierung numerischer Methoden gewonnen werden können.

  • Effektive Wärmeleitfähigkeit von Dispersionen mit einer flüssigen kontinuierlichen Phase

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2021 - 31. Juli 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Dispersionen mit einer flüssigen kontinuierlichenPhase sind heterogene Systeme, die aus einem flüssigen Dispersionsmedium undeiner dispergierten Phase von kolloidalen Partikeln bestehen. Eine für dieBeschreibung der Wärmeübertragung in Dispersionen wichtige Stoffeigenschaft istderen effektive Wärmeleitfähigkeit (EWL). In der Literatur berichten vieleStudien, dass durch Zugabe einer geringen Menge an festen Nanopartikeln zu Flüssigkeitendie EWL von Nanofluiden außergewöhnlich stark im Vergleich zum Basisfluid erhöhtwerden kann, während andere keine signifikante Steigerung beobachten. In derbis heute andauernden Diskussion über die die effektive Wärmeleitung inNanofluiden beeinflussenden Mechanismen werden als wesentliche Faktoren dieBrownsche Bewegung der Partikeln, die Fluidschicht um deren Oberflächen undPartikelaggregation sowie eine Kombination dieser Effekte in Betracht gezogen. Diesspiegelt sich in entsprechenden Modellierungsansätzen für die EWL wider, welcheoftmals stark voneinander abweichende Vorhersagen liefern. Die anhaltendeDebatte über die EWL von Dispersionen ist auch mit der Zuverlässigkeit derexperimentellen Methoden verknüpft. Im beantragten Projekt soll ein Beitrag zueinem grundlegenden Verständnis der EWL von Dispersionen mit einer flüssigen kontinuierlichenPhase geleistet werden, indem in solchen Dispersionen relevante und bis heutekontrovers diskutierte Einflussfaktoren untersucht werden. Hierbei liegt der Fokusauf den Wärmeleitfähigkeiten der dispersen und der kontinuierlichen Phase sowieder Morphologie der dispergierten Partikeln und deren Aggregation. Außerdemsollen Schlussfolgerungen über die Einflüsse eines thermischen Widerstands ander Partikel-Fluid-Grenzfläche und der Brownschen Partikelbewegungauf die EWL gezogen werden. Zur Studie dieser Effekte sindUntersuchungen von ausgewählten Dispersionen, die aus festen oder flüssigenPartikeln im Nanometerbereich in einer flüssigen kontinuierlichen Phasebestehen und unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaftenaufweisen, auf theoretische Weise und experimentell mittels einer stationären Plattenapparaturvorgesehen. Die Messdaten dienen zusammen mit kritisch evaluiertenLiteraturdaten als verlässliche Datenbasis für die Analyse der genanntenEffekte auf die EWL. Zudem soll die Frage beantwortet werden, inwiefern die fürDispersionen mit festen Partikeln erhaltenen Erkenntnisse auf solche mitflüssigen Partikeln übertragen werden können. Zur Charakterisierung der Dispersionenhinsichtlich Größe und Gestalt der Partikeln als wesentliche Einflussgrößen aufdie EWL soll Information über den Translations- undRotationsdiffusionskoeffizienten mittels der dynamischen Lichtstreuung erhaltenwerden. Auf Basis der experimentellen und theoretischen Betrachtungen sowieunter Berücksichtigung bestehender Ansätze soll eine verallgemeinerteVorhersagemethode für die EWL von Dispersionen mit einer flüssigenkontinuierlichen Phase entwickelt werden.

  • Kinästhetische Demonstration und prädiktive Regelung von Interaktionsaufgaben in der Robotik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Abstract

    Feinfühlige Interaktionen als Teil industrieller Fertigungsaufgaben sind im Allgemeinen sehr komplex zu beschreiben und zu realisieren. Ein Grund hierfür ist die Heterogenität der aufgabenspezifischen Anforderungen an das Bewegungs- und Regelverhalten. Eine direkte Umsetzung der Aufgabe in ein Roboterprogramm erfordert daher hochqualifiziertes Fachpersonal und ist deshalb nur für große Stückzahlen rentabel. Um eine flexible Einsetzbarkeit und einfache (Re-)Konfiguration des Robotersystems zu ermöglichen, soll im Forschungsvorhaben ein Ansatz zur Programmierung von Interaktionsaufgaben über kinästhetische Demonstration entwickelt werden. Hierbei wird der Roboter vom Anwender durch die gesamte Manipulationsaufgabe geführt, während die Roboterbewegung sowie die Interaktionskräfte simultan erfasst werden. Um die Suboptimalität bzw. Variation in der menschlichen Demonstration abzubilden, ist die mehrfache Demonstration der Aufgabe erforderlich. Dies gilt insbesondere für komplexe Bewegungsabläufe und Interaktionssituationen, wie bspw. periodische Bewegungen oder die Montage von Bauteilen, die schwer demonstrierbar und zugleich entscheidend für eine erfolgreiche Aufgabenausführung sind.

    Als Basis des Vorhabens dient ein am Lehrstuhl entwickeltes generisches Rahmenwerk zur modellprädiktiven Interaktionsregelung von Robotern, bei dem die Manipulationsaufgabe in eine Sequenz von Elementaraufgaben (sog. Manipulationsprimitive - MPs) mit individuellem Bewegungs- und Regelverhalten zerlegt wird, die durch einen modellprädiktiven Regelansatz einheitlich abgebildet werden können. Für die Realisierung der kinästhetischen Demonstration von Manipulationsaufgaben wird der MPIC-Ansatz in diesem Vorhaben methodisch weiterentwickelt, bspw. um das Weiterschalten der MPs vorausschauend über den Prädiktionshorizont zu berücksichtigen. Zudem werden Ansätze entwickelt, um die MP-Sequenz der Gesamtaufgabe automatisch aus der Mehrfachdemonstration und ohne spezifisches Expertenwissen zu generieren. Basierend auf der Demonstration soll zudem die Aufgabenausführung durch das Lernen der aufgabenspezifischen Sollwerte und der Transitionsbedingungen zwischen den einzelnen MPs iterativ verbessert werden sowie die Optimierung der Gesamtaufgabe betrachtet werden.

  • Reduktion lokaler Zugspannungen in Werkzeugen der Kaltmassivumformung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Abstract

    Die Entstehung lokaler Spannungen in Kaltmassiumformwerkzeugen hängt maßgeblich von der Bauteilgeometrie ab. Ungleichmäßige Querschnitte sowie Querschnittsübergänge erzeugen axiale und tangentiale Spannungskonzentrationen. Diese Herausforderung zeigt sich in Prozessen der beteiligten Industriepartner durch frühzeitiges Werkzeugversagen an lokalen Elementen. Um die Werkzeuglebensdauer zu verlängern und damit die Wirtschaftlichkeit der Prozesse zu erhöhen, soll die Entstehung der Beanspruchungen anhand eines Modellprozesses untersucht werden. In diesem wird der Einfluss der Ausprägung von Funktionselementen und Querschnittsübergängen auf den Spannungszustand analysiert. Auf Basis des gewonnenen Prozessverständnisses werden Maßnahmen erforscht, welche in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie zielgerichtet eine Verbesserung des Spannungszustands ermöglichen. Um die Wirkung der Maßnahmen zur Steigerung der Werkzeuglebensdauer zu bewerten, sollen sie in den Prozessen der beteiligten Industriepartner erprobt werden. Dies ermöglicht zudem eine Analyse der Wirksamkeit in Abhängigkeit des Matrizenwerkstoffs. Zum Einsatz kommen meist Schnellarbeitsstähle oder zugspannungsempfindliche Hartmetalle, für welche eine Reduktion der Zugspannungen besonders relevant ist. Anhand des erarbeiteten Prozessverständnisses sowie den Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz werden die Maßnahmen abschließend hinsichtlich ihrer Eignung zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer bewertet.

  • MBPLE4Mobility - Durchgehend modellbasierte Entwicklung und Produktlinienentwicklung für Steuerungssystem in der Fahrzeugtechnik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Als Teil eines großen Konsortiums befasst sich der Lehrstuhl Informatik 7 im Rahmen des Projekts mit dem modellbasierten Systementwurf der Fahrzeug-Kommunikationssysteme unter Einbezug von Variantenvielfalt. Hierfür wird zum einen eine Optimierung für die Konfiguration und die Ressourcenauslegung der Netzwerkarchitektur für verschiedene Kommunikationsprotokolle und -mechanismen realisiert. Zum anderen werden Safety-Analysen unter Verwendung von Fehlerbäumen und Erweiterung dieser für Produktlinien durchgeführt.

    Für den formalen Nachweis der erforderlichen Echtzeiteigenschaften wird Network Calculus herangezogen. Dafür müssen geeignete Ansätze für die in den Vernetzungstechnologien verwendeten Scheduling-Verfahren (z.B. TAS, prioritätsbasiert, CBS, usw.) formuliert werden.

    Für eine automatisierte und beschleunigte Erstellung der Netzwerkoptimierungen und der Safety- und Echtzeit-Analysen werden Modell- und Codegeneratoren entwickelt. Die Ergebnisse dieser Auswertungen werden in die Modellierung des Gesamtsystems zurückgeführt.

  • Charakterisierung der molekularen Diffusion in Elektrolytsystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Das beantragte Forschungsprojekt soll einen Beitragzum grundlegenden Verständnis des diffusiven Massentransports in Elektrolytsystemenleisten. Mittels dynamischer Lichtstreuexperimente (DLS) undmolekulardynamischer Gleichgewichtssimulationen (MGS) wird hierzu der diffusiveMassentransport in systematisch ausgewählten Systemen charakterisiert. Da in Elektrolytenneben der molekularen Diffusion auch die Diffusion von Molekülverbänden auftretenkann, soll durch simultanen Einsatz der Raman-Spektroskopie mit DLS undKombination mit MGS die Entstehung solcher Cluster und deren Einfluss auf diemolekulare Diffusion untersucht werden. Zur Bestimmung von Diffusionskoeffizientenwerden in DLS mikroskopische Konzentrationsfluktuationen in Fluiden immakroskopischen thermodynamischen Gleichgewicht analysiert. Das zeitlicheVerhalten dieser Fluktuationen wird durch den molekularen Diffusionskoeffizientenund den translatorischen Diffusionskoeffizienten der Molekülverbände bestimmt. MitMGS können durch die Analyse von Fluktuationen im Nanometerbereich molekulareDiffusionskoeffizienten berechnet werden. Dabei wird derMaxwell-Stefan-Diffusionskoeffizient mit dem thermodynamischen Faktor kombiniert,um Zugang zu den per DLS gemessenen Fickschen Diffusionskoeffizienten zuerhalten. Darüber hinaus ermöglichen MGS die Berechnung des Beitrags [MR1] der inElektrolyten vorhandenen weitreichenden elektrostatischen Wechselwirkungenzwischen Molekülen und tragen somit zu einem grundlegenden Erkenntnisgewinn zuderen Einfluss auf die Diffusion bei. Neben der Verifizierung der MGS durch DLSerlaubt die Kombination aus Experiment und Simulation einen Einblick in dieFluidstruktur. Daher soll zunächst ein flexibler Versuchsaufbau entwickeltwerden, der DLS und Raman-Spektroskopie vereint und die simultane Untersuchungvon Diffusionskoeffizienten auf verschiedenen Zeitskalen ermöglicht. Um ein möglichstumfassendes Verständnis des diffusiven Massentransportes zu erlangen, sollenausgewählte Kombinationen von Salzen, einschließlich ionischer Flüssigkeiten,und organischen Lösungsmitteln über weite Temperatur- und Konzentrationsbereichemit den gewählten Methoden untersucht werden. Durch systematische Variation vonMolekülen unterschiedlicher Art und Größe ist der Einfluss der physikalischenEigenschaften auf den Diffusionsprozess zu analysieren. Nebenbinären Gemischen mit drei Spezies, für welche die molekulare Diffusion durcheinen einzigen Diffusionskoeffizienten beschrieben wird, sollen dieUntersuchungen in diesem Forschungsprojekt auf Systeme mit vier Speziesausgedehnt werden, die mit einer 2x2-Matrix aus Diffusionskoeffizienten assoziiertsind. Die aus DLS und MGS entstehende zuverlässige Datenbasis an Diffusionskoeffizientenin Elektrolyten und die weiteren Erkenntnisse aus den verwendeten Methoden sollenzur Entwicklung eines Vorhersagemodells für molekulare Diffusionskoeffizientenin Elektrolyten beitragen.

  • Analyse degenerativer Bewegungseinschränkungen durch Einbindung empathoki-nästhetischer Sensordaten in biomechanische Menschmodelle (C04)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2025
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract
    Der Fokus des Arbeitsprogramms liegt auf der bestmöglichen Einbindung empathokinästhetischer Sensordaten in biomechanische Modelle. Konkret werden degenerative Bewegungseinschränkung der Hand durch EmpkinS- und Referenzsensorik erfasst und die Daten werden optimal in Abhängigkeit von Datentyp, Messfrequenz und Unschärfe etc. in die mathematische Formulierung des Optimalsteuerungsproblem integriert. Durch Bewegungstracking sowie durch die Vorhersage von Bewegungen werden objektive Biomarker der gesunden bzw. beeinträchtigten Bewegungsfunktion identifiziert.

  • Empathokinästhetische Sensorik

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2025
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: https://empkins.de/
    Abstract
    Der geplante SFB „Empathokinästhetische Sensorik“ (EmpkinS) erforscht neuartige radar-, funk-, tiefenkamera- und photonikbasierte Sensortechniken sowie Körperfunktionsmodelle und Algorithmen, mit denen über die berührungslose Erfassung von Bewegungsparametern des Menschen eine Wahrnehmung und Bewertung der physiologischen und behavioralen Zustände und Körperfunktionen ermöglicht wird. EmpkinS verfolgt das Ziel, Sensortechnologien und Bewegungsdaten des menschlichen Körpers zu schaffen. Basierend auf diesen Daten völlig neuer Qualität und Quantität wird EmpkinS bahnbrechende Erkenntnisse im Bereich von biomechanischen, medizinischen und (psycho-)physiologischen Körperfunktionsmodellen und Wirkmechanismen sowie den Wechselwirmechanismen zwischen diesen erarbeiten. Die EmpkinS-Leitidee besteht darin, dass menschliche Bewegungsparameter sowohl der Makroebene (Körper bzw. Körpersegmente, kardiopulmonale Funktion) als auch der Mikroebene (Mimik, Faszikulation) feingranular aus der Ferne, d. h. minimal störend und nichtinvasiv erfasst werden. Aus diesen Daten werden dann die dem Bewegungsmuster zugrundeliegenden physiologischen und behavioralen Zustände unter Nutzung biomechanischer, neuro- und psychomotorischer Körperfunktionsmodelle algorithmisch rekonstruiert. Die Verknüpfung der körperinneren, biomedizinischen und der äußeren, medizintechnischen Ebenen, die durch die Sensorik sowie die Körperfunktionsmodelle und die Inversion der Wirkmechanismen geschaffen wird, ist hochinnovativ, außerordentlich komplex und bisher in vielen Bereichen unerforscht.Zur Lösung der herausfordernden Forschungsfragen umfasst EmpkinS ein interdisziplinäres Forschungsprogramm, das sich kohärent entlang der sensorischen Kette von der primären Sensortechnik (Projektbereich A) über die Signal- und Datenverarbeitung (Projektbereiche B und C), der zugehörigen Modellierung der Vorgänge im menschlichen Körper (Projektbereiche C und D) bis hin zur psychologischen bzw. medizinischen Interpretation (Projektbereich D) der Sensordaten gliedert. Ethikforschung (Projektbereich E) zur Sicherstellung eines verantwortungsvollen Einsatzes der EmpkinS-Technologie ist integraler Bestandteil des SFB.Das auf zwölf Jahre ausgelegte Forschungsprogramm des SFB EmpkinS wird Methodologien und Technologien erschaffen, die neuartiges Grundlagenwissen über die Verknüpfung von inneren biomedizinischen Prozessen des menschlichen Körpers mit äußerlich und berührungslos, per funk- und wellenbasierter Sensorik erfassbaren Informationen, bereitstellen werden. EmpkinS wird mit diesen medizintechnischen Sprunginnovationen völlig neuartige „digitale“, patientenzentrierte Diagnose- und Therapiemöglichkeiten für Medizin und Psychologie eröffnen.Die Medizintechnik stellt einen Forschungsschwerpunkt mit Leuchtturmcharakter der Region Erlangen-Nürnberg dar. Ausgehend von dem diesem exzellenten Hintergrund und mit den vielfältigen Vorarbeiten startet EmpkinS von einer schlagkräftigen sowie äußerst soliden Basis.

  • OptNeTol: Durchgängige, OPTimierungsbasierte NEnnmaß- und TOLeranzvergabe

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Der Einsatz von Optimierungsmethoden zur optimalen Toleranzvergabe trägt maßgeblich zur Entwicklung kostenoptimaler, hochqualitativer Produkte bei. Durch die Formulierung geeigneter Optimierungsprobleme und deren Lösung mit Hilfe leistungsstarker Algorithmen können Nenn- und Toleranzwerte so festgelegt werden, dass das Kostenpotential ausgeschöpft wird und gleichzeitig die hohen Anforderungen an Robustheit, Funktion und Ästhetik gewährleistet werden. So lösen optimierungsbasierte Methoden sukzessive rein qualitative Ansätze, wie z. B. einfache Daumenregeln oder bekannte Lehrsätze, wie „Toleranzen so weit wie möglich, aber so eng wie nötig festzulegen“, ab und schaffen dabei einen unumstrittenen Wettbewerbsvorteil.

    Obgleich durch die vorangegangene Förderphase eine wichtige Grundlage für den produktiven Einsatz der Toleranzoptimierung im industriellen Umfeld geschaffen wurde, kann diese derzeit noch nicht effektiv zur Beantwortung praxisrelevanter Fragestellungen beitragen. Wesentlichen Anteil daran haben der Mangel an effizienten, validen Optimierungsmethoden, die fehlende Verknüpfung der interdisziplinären Methoden sowie deren fehlenden Ausrichtung auf praktische Problemstellungen.
    Daher ist es das Ziel dieses Forschungsvorhaben, Produktentwickelnde zur Vergabe kostenoptimaler Nominal- und Toleranzwerte für die in der Praxis relevanten Anwendungsfälle zu befähigen. Dies schließt ein, dass die Hürden zur praktischen Anwendung der interdisziplinären und zugleich stark fachspezifischen Methoden der Nennmaß- und Toleranzoptimierung weitestgehend eliminiert sind. Dabei sollen gezielt innovative Methoden der Nennmaß- und Toleranzoptimierung entwickelt werden, die bislang unberücksichtigte, jedoch für den praktischen Einsatz zwingend notwendige Aspekte, wie z B. Form- und Lagetoleranzen oder den Umgang mit fehlenden oder unsicheren Kosteninformationen, adressieren. Da die Optimierungsprobleme jedoch nur durch den Einsatz leistungsstarker, Sampling-basierter Optimierungsalgorithmen gelöst werden können, steht auch die Entwicklung sowie gezielte Verknüpfung von Methoden zur deutlichen Steigerung der Effizienz bei der Ermittlung valider Optimierungsergebnisse, wie u. a. dem Adaptiven Sampling und der Metamodellierung, unter Einbezug statistischer Toleranzanalyseverfahren im Fokus. Die einzelnen entwickelten Methoden werden abschließend mit Hilfe einer gemeinsamen, interdisziplinären Wissensbasis in einem Softwaredemonstrator verknüpft und deren Anwendbarkeit in Nutzerstudien evaluiert. Dies stellt sicher, dass Produktentwickelnde ohne vertiefte Optimierungskenntnisse möglichst automatisiert bei der Definition und Lösung praktischer Problemstellungen unterstützt werden. So werden die derzeit noch offenen Forschungslücken geschlossen, die einem Wandel vom Expertentool für die bloße Toleranzoptimierung zum durchgängigen, optimierungsunterstützten Toleranzmanagement noch im Wege stehen.

  • Auswirkungen des Einsatzes von End-of-Life Aluminiumschrotten auf die Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von Aluminiumknetlegierungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • KI-unterstützte Modellierung zur Steigerung der Regelgüte

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Industrie

  • Innovative Regelungs- und Steuerungsstrategien für Druckerhöhungsanlagen - TP Erlangen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Innovative Regelungs- und Steuerungsstrategien für Druckerhöhungsanlagen
    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung

  • Robuste Regelung von modularen Multilevel-Umrichtern

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 16. Juni 2021 - 31. Dezember 2024
    Mittelgeber: Industrie

  • ACoF -- Approximate Computing on FPGAs

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Juni 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Approximate Computing nutzt die Erkenntnis, dass viele Anwendungen des täglichen Lebens Ungenauigkeiten in Berechnungen zu einem gewissen Grad tolerieren, um dadurch Kosten und Leistungsverbrauch zu senken oder Performanzeigenschaften zu steigern. Dazu gehören z.B. die Gebiete Computer Vision, Maschinelles Lernen, Multimedia, Big Data und Gaming. Gerade in diesen Bereichen sind approximierte Berechnungen oft völlig ausreichend aufgrund von Einschränkungen der menschlichen Wahrnehmung, Redundanz oder Rauschen in Eingangsdaten. In diesem Projekt sollen neue Techniken für den Entwurf und die Optimierung von Funktionen approximierende Schaltnetze für FPGAs (engl. field-programmable gate arrays) untersucht werden. Diese Bausteine vereinigen die Vorteile der Geschwindigkeit von Hardware-Implementierungen mit der Programmierbarkeit von Software und werden in vielen Produkten des alltäglichen Lebens und sogar Cloud-Servern eingesetzt. Das Ziel unserer Forschung ist die Untersuchung a) neuer Methoden der approximierten Berechnung von Funktionen unter Ausnutzung FPGA-spezifischer Artefakte, insbesondere sog. DSP-Blöcke und BRAMs, b) neuer Fehlermetriken und von Berechnungsvorschriften für die Propagation von Fehlern durch Schaltnetze arithmetischer Module. Weiterhin sollen c) neue FPGA-spezifische Optimierungstechniken zur Entwurfsraumexploration und zur Synthese approximierender Schaltnetze für Schaltfunktionen mit mehreren Ausgängen erforscht sowie d) Hochsprachen zur Modellierung der Fehlerfortpflanzung sowie zur Synthese von approximierten Schaltkreisen in Verilog oder VHDL untersucht werden.

  • Holistic customer-oriented service optimization for fleet availability

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2024
    Mittelgeber: Industrie, andere Förderorganisation

  • Micro-resolved finite element modeling and simulation of nonwovens

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2023
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    The goal of this project is to develop a modelling and simulation technique enabling:
    (i) the generation of nonwoven unit cell models according to a given set of structure parameters (size, density/grammage, orientation distribution function, fiber properties, …) and relying on a sophisticated beam discretization and formulation extended to contact treatment
    (ii) the simulation of the relevant processing steps, i.e. the densification and bond point genera-tion, whereby, for simplicity, only isothermal processes are initially considered and the newly formed bond points are introduced via Dirichlet boundary conditions confining the nonwoven unit cell
    (iii) deformation simulations (uniaxial, biaxial, bending,…) under due consideration of fiber proper-ties and contact behavior, validation against experimental data

  • Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen aus verschiedenen aquatischen Lebensräumen - TP F

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    URL: https://www.multikultivierung.de/
    Abstract

    Zur gerichteten Kultivierung von bisher unkultivierten Mikroorganismen wird ein Bioreaktorsystems
    entwickelt, das, basierend auf biologischen Messgrößen, Zielorganismen langfristig für systematische
    Isolierungsversuche zur Verfügung stellt. Der Bioreaktor soll jeweilige Lebensraumbedingungen simulieren
    und gesteuert durch frequentierte Überprüfung der Mikroorganismenzusammensetzung mittels Live-
    Sequencing, Zellzahl- und
    Aktivitäts-Monitoring, eine aktive, stabile Mikroorganismengemeinschaft erhalten. Demonstriert wird das
    entwickelte Konzept exemplarisch zur Kultivierung von drei wissenschaftlich relevanten
    Organismengruppen aus aquatischen Habitaten angewendet werden, die bisher ohne kultivierten Vertreter
    sind. Zielorganismen des Projekts MultiKulti sind i) eine physiologische Mikroorganismengruppe aus
    Grundwasser mit Relevanz für die Trinkwasserversorgung, ii) ein Archaeen-Phylotyp mit
    biotechnologischem Anwendungspotential aus einem Kaltwasser-Geysir und iii) eine ubiquitäre
    Mikroplanktongruppe mit ökologischer / biogeochemischer Bedeutung aus der Nordsee. Weiterhin wird,
    gestützt durch metagenomische Analysen, das Verwertungspotenzial der etablierten
    Mikrobengemeinschaften hinsichtlich der Nutzung für die Astrobiologie und Raumfahrt erforscht und
    vielversprechende Vertreter in Reinkultur gebracht. Fernziel ist die Entwicklung von automatisierten,
    bioinformatisch gestützten und von KI-gesteuerten Bioreaktorsystemen, die einem breiten Anwenderkreis
    die gezielte Kultivierung von nutzbaren Phylo- bzw. Phänotypen ermöglichen. Innovative Aspekte sind i) der modulare, transportable MultiKulti-Reaktor, ii) die Nutzung neuster Sequenzierungs- und Monitoring-Technologien zur hochfrequentierten Kontrolle und Steuerung der Kultivierung, iii) die langfristige Lebenserhaltung der Zielorganismen unter in-situ Bedingungen für systematische Isolierungsversuche und iv) die Gewinnung von Metadaten für die Entwicklung einer KI-basierten Steuerung zukünftiger Reaktorsystem.

  • Entwicklung von Technologien für den vertikalen minimalinvasiven Tiefseebergbau (DSS)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung von Technologien für den vertikalen minimalinvasiven Tiefseebergbau (DSS)
    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Traceable industrial 3D roughness and dimensional measurement using optical 3D microscopy and optical distance sensors

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Traceable industrial 3D roughness and dimensional measurement using optical 3D microscopy and optical distance sensors
    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2024
    Mittelgeber: The European Metrology Programme for Research and Innovation (EMPIR)
    URL: https://www.ptb.de/empir2021/tracoptic/home/
    Abstract

    To remain competitive European manufacturers strive to make constant improvements in their manufacturing processes. The surface topography of a component part can have a profound effect on the function of the part. This is true across a wide range of industries (such as precision engineering, automotive and medical). It is estimated that surface effects cause 10 % of manufactured parts to fail which has financial implications. Optical measuring systems are widespread in surface and coordinate metrology as they are fast, with high resolution, and contactless (aspects that are essential for the factory of the future). Unfortunately, optical measurements are not often used in industry as they are not traceable. This is due to the complexity of the interaction between the object’s surface and measuring system. This project aims to improve the traceability of 3D roughness and dimensional measurements using optical 3D microscopy and optical distance sensors. Data evaluation, and uncertainty estimation methods will be developed, and be made accessible to industry by good practice guides, publications, training courses etc.

  • Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Mai 2021 - 30. April 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.esm-regio.de
    Abstract
    Die Reduktion des Primärenergieeinsatzes und der Treibhausgase sind zentrale Ziele der Energiewende. Allerdings reicht die Umstellung von fossilen auf regnerative Energieträger nicht aus, um sie zu erreichen. Eine übergreifende Betrachtung und Optimierung der unterschiedlichen Sektoren des Energiesystems - Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr - kann die Weiterentwicklung des Energiesystems in Deutschland wesentlich vorantreiben. Potenziale bestehen vor allem auf der regionalen Ebene.

    Ziel des Projekts ESM-Regio - kurz für "Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene" - ist es, ein zeitlich hochaufgelöstes Energiesystemmodell in der Größenordnung von Landkreisen zu erstellen, das die vier Sektoren Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr sowie die benötigten Schnittstellentechnologien berücksichtigt. Ein wesentliches Merkmal des Vorhabens besteht in einer sektorübergreifenden Modelllogik. Geeignete Simulationsverfahren ermöglichen eine ganzheitliche Analyse und Optmierung des Systembetriebs unter Betrachtung der vier maßgeblichen Sektoren des Energiesystems.

  • ERC Starting Grant: High-speed Deformation and Failure of Materials at the Nanometer Scale

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2021 - 30. April 2026
    Mittelgeber: ERC Starting Grant
    URL: https://cordis.europa.eu/project/id/949626
    Abstract

    Nanoindentation is the latest technology that enables researchers to measure the mechanical properties of a material on the nanometre and micrometre scale. However, it can only determine mechanical properties for controlled loads and not for impacts or collisions. Currently, researchers can reproduce high strain rates only on large, homogeneous samples. The EU-funded NanoHighSpeed project aims to advance nanoindentation into a new tool for experiments with high strain rates – enabled by advances in hardware and experimental methods. The new process will be able to characterise materials at strain rates millions of times higher and on scales that are millions of times smaller.

  • Multi-Sensor Crop Monitoring for Cacao Production (SeMoCa)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2021 - 31. Oktober 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Multi-Sensor Crop Monitoring for Cacao Production (SeMoCa) ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der Technischen Universität Ilmenau und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in Kooperation mit der Universidad Pontificia Bolivariana in Medellin, Kolumbien. Ziel des Projektes ist es, ein Konzept für ein technisches System zur Beobachtung und Zustandsüberwachung von Kakaopflanzen und deren Früchten zu entwerfen, zu erforschen und zu validieren, um die Entwicklung eines derartigen Systems vorzubereiten (Wirksamkeitsnachweis). Dieses System soll kleine und mittelständische Kakaoplantagen in Kolumbien dabei unterstützen, ihren Ertrag zu steigern und besser zu prognostizieren, indem der Zustand der Pflanzen und Früchte, insbesondere Anomalien (beispielsweise Krankheiten oder Trockenheit), durch das System erkannt, geschätzt und interpretiert wird. Das System hierzu basiert auf einer Kamera sowie einem Radarsystem, deren Messdaten zur Zustandsschätzung fusioniert werden. Im Gegensatz zu existierenden Systemen zur Überwachung agrikulturell genutzter Flächen, wird das System von einem Menschen durch die Plantage getragen. Unüblich ist auch der mobile Einsatz von Radartechnik zur Zustandsschätzung von Pflanzen und die Sensordatenfusion von Radar und einem optischen Sensor. Weiterhin soll in die Interpretation der Zustandsschätzung die Meinung von Experten (z.B. dem Plantagenbesitzer) einbezogen werden. Die Forschungsschwerpunkte im Rahmen des Projekts liegen in der technischen Umsetzung des mobilen Radarsystems und dessen Sensordatenfusion mit dem optischen Sensor (Leitung TU Ilmenau) sowie der Weltmodellierung mit der Zustandsschätzung der Kakaoplantage auf Basis der Messungen des Systems (Leitung FAU). Außerdem sollen diese Schwerpunkte so erforscht werden, dass die grundlegenden Prinzipien auch auf andere Pflanzenarten übertragbar sind.

  • ESM-Regio: Modellierung und Simulation der Sektoren Gas, Verkehr und Wärme inklusive lernender Optimierung für die Gesamtsystemsteuerung, Lebenszyklus sowie Aufbau einer Datenplattform

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Verbundvorhaben ESM-Regio: Mehrsektorale gekoppelte Energiesystemmodellierung auf regionaler Ebene
    Laufzeit: 1. Mai 2021 - 30. April 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/energiesysteme-energiewirtschaft/bmwi-projekt-esm-regio/#collapse_3
    Abstract

    Im Projekt ESM-Regio wird in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern aus Informatik, Mathematik, Elektro- und Energietechnik ein Energiesystemmodell erstellt, das aus den Teilmodellen der Energiesektoren Elektrizität, Wärme, Gas und Verkehr sowie einer Gesamtsteuerung und –optimierung besteht. Das Modell wird zeitlich hochaufgelöst und für die regionale Beschreibung des Energiesystems in der Größenordnung von Landkreisen sein. Ebenso werden die Schnittstellentechnologien zwischen den einzelnen Sektoren, wie beispielsweise Power-to-Gas oder Power-to-Heat, modelliert und ihr Betrieb über die zentrale Steuerung optimiert. Die Modelllogik wird einheitlich und sektorübergreifend sein, sodass das gesamte Energiesystem einheitlich, unter Berücksichtigung der Zustände in allen Sektoren, optimiert wird. Die regionale Komponente des Projektvorhabens wird insbesondere durch die Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Bayreuth realisiert, da die Stadt und der Landkreis Bayreuth als Beispielregion für die Modellentwicklung dienen werden und die Modellierung anhand vorhandener Daten soweit möglich erfolgen wird. Das Modell soll am Ende des Projekts mittels der Teilmodellstruktur allein durch die Anpassung von Parametern auf andere Regionen übertragbar sein.

    Am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik wird der Wärmesektor sowie die Kopplungstechnologien an den Schnittstellen modelliert. Außerdem werden Lebenszyklusanalysen (LCA) durchgeführt, um eine systematische Erfassung der Emissionen zu ermöglichen.

  • Massiv parallele Simulation des Schmelzbadbereichs beim Laserstrahlschweißen mit der Lattice-Boltzmann-Methode -HEISSRISSE TP3

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Forschungsgruppe: Erstarrungsrisse beim Laserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse
    Laufzeit: 12. April 2021 - 11. April 2024
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Abstract

    Das Laserstrahlschweißen als flexiblesund kontaktloses Fügeverfahren gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Bearbeitungvon Legierungen mit großem Schmelzintervall stellt aufgrund ihrer Neigung zuErstarrungsrissen jedoch eine Herausforderung dar. Diese entstehen durchkritische Spannungs- bzw. Dehnungszustände der dendritischen Mikrostruktur mitinterdendritischer Schmelze. Trotz der hohen industriellen Relevanz existierenbisher lediglich Ansätze, die sich Teilaspekte dieser Problematik -metallurgisch orientiert oder strukturorientiert - widmen. Die Forschungsgruppe„Erstarrungsrisse beim Laserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse“setzt sich zum Ziel ein quantitatives Prozessverständnis der Mechanismen derErstarrungsrissentstehung und des Zusammenhangs mit Prozessparametern zuentwickeln. Ziel dieses Teilprojekts ist die mesoskopische Simulation der Schmelzbaddynamikmit einer Auflösung im Bereich eines Mikrometers. Das dafür nötigeComputermodell besteht aus mindestens 109 Zellen die über mehr als 105Zeitschritte berechnet werden müssen. Dabei soll der Phasenübergang beimSchmelzen und Erstarren, der Energieeintrag des Lasers, die Ausdehnung und Schrumpfung,sowie der Wärme- und Stofftransport in der Schmelze realitätsgetreu abgebildetwerden. Derartig komplexe Simulationen benötigen die Rechenleistung vonparallelen Supercomputern. Sie können deshalb nur mit speziell entwickeltenparallelen Algorithmen und mit Hilfe moderner Softwaretechniken realisiertwerden. Im Teilprojekt soll die Lattice Boltzmann Methode (LBM) zum Einsatz kommenund so erweitert werden, dass sie die vielfältigen physikalischen Effekte derSchmelzbaddynamik korrekt wiedergeben kann. Im Vergleich zu anderen Verfahrenzeichnet sich die LBM dadurch aus, dass sie gut parallelisierbar ist undmoderne Computerarchitekturen mit Hardwarebeschleunigern besonders gut nutzenkann. Als Grundlage der Implementierung kommt das HPCFramework waLBerla zumEinsatz, das als Softwarebaukasten die Programmierung komplexerMultiphysikanwendungen unterstützt und vereinfacht. waLBerla verwendetAbstraktionen und Codegenerierungsansätze zur Softwareentwicklung, mit derenHilfe die Nachhaltigkeit der Software, d.h. die Portierbarkeit auch auf zukünftigeSupercomputerarchitekturen, erreicht werden kann. Ein wichtiger Schwerpunkt derForschungsarbeit liegt auf der Validierung der Modelle und der Algorithmen,sowie die Interoperabilität mit den anderen Modellen der Forschungsgruppe. Dieswird durch die enge Kooperation mit den benachbarten Teilprojekten erreicht.

  • Nachhaltiges Daten- und Softwaremanagement für Forschungssoftware zur Simulation von Erstarrungsrissen bei Laserstrahlschweißen HEISSRISSE_KO TP7

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Forschungsgruppe: Erstarrungsrisse beim Laserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse
    Laufzeit: 12. April 2021 - 30. April 2024
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Abstract

    Das Laserstrahlschweißen als flexibles und kontaktloses Fügeverfahrengewinnt immer mehr an Bedeutung. Die Bearbeitung von Legierungen mit großemSchmelzintervall stellt aufgrund ihrer Neigung zu Erstarrungsrissen jedoch eineHerausforderung dar. Diese entstehen durch kritische Spannungs- bzw.Dehnungszustände der dendritischen Mikrostruktur mit interdendritischerSchmelze. Trotz der hohen industriellen Relevanz existieren bisher lediglichAnsätze, die sich Teilaspekten dieser Problematik - metallurgisch orientiertoder strukturorientiert - widmen. Die Forschungsgruppe „Erstarrungsrisse beimLaserstrahlschweißen: Hochleistungsrechnen für Hochleistungsprozesse“ setztsich zum Ziel ein quantitatives Prozessverständnis der Mechanismen derErstarrungsrissentstehung und des Zusammenhangs mit Prozessparametern zuentwickeln. Dazu werden verschiedene experimentelle Daten gemessen und es werdenSimulationswerkzeuge für verschiedene Skalen entwickelt, mit denen ebenfallsgroße Datenmengen erzeugt werden. Auf der Basis dieser Daten soll dann dasProzessverständnis vertieft werden. Die Validierung der Modelle anhandexperimenteller Daten ist ein zentrales Forschungsziel der Forschungsgruppe.Daher ist es wichtig, die Nachhaltigkeit des Daten- und Softwaremanagements teilprojektübergreifendsicher zu stellen. Dazu muss besonderes Augenmerk auf die Reproduzierbarkeitund Dokumentation der Daten und Software, sowie auf die Interoperabilität derProgramme und Datenformate gelegt werden. Das Teilprojekt „NachhaltigesDatenund Softwaremanagement für Forschungssoftware zur Simulation von Erstarrungsrissenbeim Laserstrahlschweißen“ wird dies für die ganze Forschungsgruppe sicherstellen. Neben der Bereitstellung einer konkreten technischen Infrastruktur zurSicherung und zum Austausch der anfallenden Daten und Software soll hier vorallem auch das Know-How zum Continuous Benchmarking, zum PerformanceEngineering und zu Datenanalysemethoden weiterentwickelt und weitergegebenwerden. 

  • Methodenentwicklung zur Simulation von hyperelastischen Klebverbindungen unter Crashbelastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 30. September 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Demonstrator zur RMS-EMT Netzkopplung in Echtzeit

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 30. September 2021
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Abstract

    Ziel dieses Projektes einen echtzeitfähigen Co-Simulationsdemonstrator im Labor zu implementieren, der es erlaubt Netzausschnitte zur Untersuchung Elektromechanischer (RMS)und Elektromagnetischer Ausgleichsvorgänge (EMT) zu koppeln. Hierdurch können in der Zielregion Elektromagnetische Ausgleichsvorgänge berücksichtigen werden, was insbesondere in Netzen mit einem hohen Anteil
    leistungselektronischer Erzeugung wichtig ist.Außerhalb der Zielregion wird das Stromnetz in RMS simuliert was den Modellierungsaufwand und die notwendige Rechenleistung reduziert.

  • Etablierung eines hochinnovativen Fertigungsverfahrens für 3D-gedruckte, passive HF-Komponenten bis inden Terahertzbereich

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 31. März 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Das Okulomotor Test System in der Virtuellen Realität -- Telemedizinische Detektion von Gehirnerschütterungen in VR

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)
    URL: https://www.mad.tf.fau.de/research/projects/vr-ots/
    Abstract

    Ziel des Projekts ist es, eine schnelle automatisierte Diagnosestellung (mittels Künstliche Intelligenz) einer Fusionsstörung bei zB Gehirnerschütterung durch Messung der Okulomotorik (eye-tracking) bei dreidimensionalen Stimuli.

  • WeideInsight: Mehrwert im Herdenmanagement durch kostengünstige, hybride Lokalisierung und intelligente Datenintegration

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 31. März 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

  • Erweiterung der Fügbarkeit und Verbesserung der Fügepunkteigenschaften bei mechanischen Fügeprozessen durch maßgeschneidert wärmebehandelte Aluminiumhalbzeuge

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2021 - 31. März 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Die steigenden Anforderungen an den Automobilbau, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Crashsicherheit zu erhöhen, erfordern neue Konstruktionsansätze. Der Einsatz einer Mischbauweise aus Stahl und Aluminium mit erhöhten Festigkeiten bietet hierfür großes Potential. Dies ist aber auch mit neuen Herausforderungen für die Fügetechnik verbunden. Der Einsatz mechanischer Fügeverfahren wird in diesem Zusammenhang in den letzten Jahren intensiv untersucht. Wie aus dem Stand der Technik ersichtlich wird, ist das Fügen artfremder, hochfester Werkstoffe allerdings bis jetzt noch nicht uneingeschränkt möglich. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist deshalb die Verbesserung der Fügbarkeit und der Verbindungsfestigkeit hochfester, artungleicher Werkstoffe im Schneidclinchverfahren durch den Einsatz einer lokalen Kurzzeitwärmebehandlung. Der Entfestigungseffekt, der bei der Kurzzeitwärmebehandlung von Aluminiumlegierungen der 7000er Serie auftritt, soll dazu genutzt werden, den Materialfluss des stempelseitig angeordneten, hochfesten Aluminiumwerkstoffs zu verbessern. Auf Basis grundlagenwissenschaftlicher Untersuchungen soll der Einfluss maßgeschneidert wärmebehandelter Platinen auf den Fügeprozess und auf die Verbindungsfestigkeit der Fügestelle im Einsatzverhalten analysiert werden. Dies stellt einen neuen Anwendungsbereich für maßgeschneiderte Halbzeuge dar, die bisher nur zur Erweiterung der Formgebungsgrenzen bei der Bauteilherstellung eingesetzt wurden. Durch die Analyse des komplexen Materialflusses im Schneidclinchprozess soll ein ganzheitliches Prozessverständnis aufgebaut werden. Unter Berücksichtigung der vorliegenden Wechselwirkungen soll basierend auf numerischen Modellen der Kurzzeitwärmebehandlung und des Schneidclinchprozess eine ideale Festigkeitsverteilung in der Fügezone ermittelt werden. Durch experimentelle Untersuchungen sollen die numerischen Ergebnisse validiert und die mechanischen Eigenschaften und die Verbindungsfestigkeit der Fügestelle identifiziert werden.

  • Eine nahtlose VE-basierte Mehrskalen-Kopplungsmethode für Meso-Heterogene Materialien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. März 2021 - 14. März 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Das übergeordnete Ziel unseres Vorhabens ist eine revolutionäre, nahtlos horizontal gekoppelte Mehrskalenmethode für meso-heterogene Materialien. Die Erfassung des technologisch außerordentlich wichtigen makroskopischen mechanischen Verhaltens meso-heterogener Materialien durch Modellierung und Simulation ist bei großer geometrischer Komplexität und hohem Detailgrad der Meso-Struktur numerisch herausfordernd. Dies erfordert zwingend mehrskalige Kopplungsmethoden, die es ermöglichen, die Berechnungskosten von Simulationen auf der Ingenieurskale zu reduzieren, ohne jedoch die Genauigkeit bei der Erfassung des Einflusses der Meso-Struktur auf das makroskopische mechanische Antwortverhalten zu beeinträchtigen. Unser Ansatz wird sich bewusst nicht auf die Skalentrennung stützen, um auch für Probleme mit Singularitäten, z.B. an Rissspitzen, geeignet zu sein. Wir verwenden eine einheitliche Beschreibung des zugrundeliegenden mesoskopischen Materialverhaltens, d.h. der Materialeigenschaften und der Meso-Struktur, in makro- und mesoskopisch aufgelösten Subdomänen. Dabei lassen wir uns von der Quasi-Kontinuumsmethode (QC) für kristalline Materialien inspirieren, die vollständig aufgelöste atomistische Domänen nahtlos mit Quasi-Kontinuumsdomänen verbindet, in denen die Mehrheit der Atome versklavt ist, um der Bewegung weniger repräsentativer Atome (Rep-Atome) zu folgen. Wir schlagen daher vor, den Begriff der Atome und Rep-Atome, der in der QC-Methode verwendet wird, durch den Begriff der Knoten und Rep-Knoten für den Fall meso-heterogener Materialien zu ersetzen. Damit ist die zugrundeliegende Material-Mesostruktur überall innerhalb einer makroskopischen Ingenieurstruktur vollständig aufgelöst. Für die Simulation der Ingenieurstruktur bleibt jedoch nur eine wesentlich kleinere Teilmenge der Gesamtzahl der Knoten und der entsprechenden dofs erhalten. Wir werden zwischen der zugrundeliegenden sub-Diskretisierung, die auf allen Knoten aufbaut, um die Meso-Struktur zu erfassen, und der überlagerten Sup-Diskretisierung, die nur auf der viel geringeren Anzahl von Rep-Knoten, die für die Simulation der makroskopischen Ingenieurstruktur verwendet werden, aufbaut, unterscheiden. Die Zuordnung von sub-Diskretisierungs-Knoten zu Sup-Diskretisierungs-Rep-Knoten und die Definition der entsprechenden Sup-Diskretisierung erfolgt dabei adaptiv. Ein vielseitiger Ansatz zur Vernetzung komplexer Domänen, der beliebige Polygone und Polyeder ermöglicht, ist die Virtual Element (VE) Methode. VE Ansatz Funktionen sind nicht darauf beschränkt, dofs lediglich linear entlang Elementrändern zu interpolieren. Die beliebige Wahl des Polynomgrades der Ansatz Funktionen macht VE konzeptionell auch für p-Adaptivität zugänglich. Darüber hinaus können die Eckpunkte der beliebig polygonalen VE auch auf geraden Linien/ebenen Flächen liegen. So ermöglichen VE elegant und unkompliziert den Übergang zwischen Subdomänem mit stark unterschiedlichen Diskretisierungsdichten.

  • Beratung zur Konzeption eines Open-Source-Projekts passend zum Kurs „Das AMOS Projekt“ an der FAU SS 2021, Referenz Projekt „Inner Source Project Linter“

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2021 - 15. April 2021
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • Grundlagenuntersuchung zum Pulversmoke-Phänomen beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2021 - 29. Februar 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) ist eine der erfolgversprechendsten additiven Fertigungstechnologien für die Herstellung von Hochleistungswerkstoffen aufgrund der schnellen Kontrolle der Strahlposition, der hohen Strahlleistung und Energieabsorption sowie der geringeren Kontaminations- und Oxidationsgefahr durch das Vakuum. Das sogenannte Smoke-Phänomen, das zu einem plötzlichen und unkontrollierten Verspritzen der Pulverpartikel in der gesamten Maschine führt, schränkt jedoch die Weiterentwicklung von SEBM verschiedener Materialien ein. Bisher beruhen sich die Methoden zur Vermeidung des Pulver-Smokes hauptsächlich auf der Trial-and-Error-Optimierung und empirischen Regeln. Um das Potential von SEBM auszuschöpfen, ist ein grundlegendes Verständnis des Mechanismus vom Smoke erforderlich. Durch experimentelle Beobachtungen an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und an der TsingHua-Universität (THU) stellt sich eine neuartige Hypothese: das Pulver-Smoke wird zunächst bereits bei relativ tiefen Temperaturen durch Gasverdampfung unter Vakuum ausgelöst; anschließend findet ein Lawineneffekt statt, der durch elektrostatische Aufladung des Pulverbetts während SEBM verursacht wird. Der Forschungsschwerpunkt an der FAU liegt auf der Untersuchung der Auswirkungen der Gasverdampfung, während die THU den Einfluss der Pulverbettaufladung bei SEBM untersuchen soll.Ziele des Forschungsvorhabens sind die in situ Beobachtung der Entwicklung des gesamten Smoke-Prozesses und der Aufbau eines physikalischen Modells zur Erklärung des Pulver-Smokes sowie zur Verhinderung des Smokes bei SEBM. Erstens sollen ein Fernfeld- und ein Nahfeld-ELektron-Optische (ELO) Beobachtungssystem sowie andere verschiedene Prozessüberwachungsgeräte für die in situ Beobachtung des Smokes an der FAU und der THU entwickelt und verwendet werden. Zweitens wird der Einfluss von Pulvereigenschaften (an der FAU) und Prozessparametern (an der THU) untersucht, um die wichtigsten Faktoren, die zum Smoke führen, festzulegen. Drittens soll ein physikalisches Modell unter der Berücksichtigung der Gasverdampfung (an der FAU) und der elektrostatischen Aufladung des Pulverbetts (an der THU) entwickelt werden. Schließlich werden optimierte Scanstrategien und Pulver mit angepassten Eigenschaften verwendet, um die Stabilität des SEBM-Prozesses zu erhöhen, und den Einsatz von feineren Pulvern zu ermöglichen. Darüber hinaus wird durch das Analysieren von ELO-Signalen ein Echtzeit-Signalverarbeitungssystem entwickelt, damit der SEBM-Prozess in der frühsten Smoke-Phase rechtzeitig unterbrochen werden kann, bevor der Lawineneffekt (das katastrophale Smoke) stattfindet.

  • Tracking-gestützte museale Besucherforschung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. Februar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: Industrie

  • Entwicklung der Schattenfotographie-Methode zur genauen Bestimmung von Diffusivitäten von Fluidgemischen bei hohem Druck und hoher Temperatur

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    In der zweiten Förderperiode soll die auch als „Shadowgraph-Methode“ bekannte zeitaufgelöste Schattenfotographie hinsichtlich der genauen und simultanen Bestimmung des Fickschen Diffusionskoeffizienten D11 und der Temperaturleitfähigkeit a für binäre Gemische untersucht werden. Dabei sollen sowohl eine Optimierung der Thermodiffusionsmesszelle als auch die Entwicklung von Versuchsstrategien erfolgen, um die bisherigen Limitierungen hinsichtlich der Anwendbarkeit auf Gemische mit speziellen Eigenschaften weitestgehend zu überwinden. Die geplanten Forschungsaktivitäten bauen auf den Ergebnissen der ersten Förderperiode auf, in welcher zunächst eine für hohe Temperaturen und Drücke geeignete Thermodiffusionsmesszelle konzipiert und aufgebaut wurde, die die Einstellung sehr stabiler Temperaturgradienten und aus dem Soret-Effekt resultierenden Konzentrationsgradienten erlaubt. Mithilfe eines ebenfalls neu entwickelten optischen Aufbaus ist es möglich, die Schattenabbildungen von Nichtgleichgewichtsfluktuationen hoch aufgelöst zu analysieren, die durch Erhaltungsgleichungen beschreibbar und folglich mit entsprechenden Transporteigenschaften verknüpft sind. Es konnte erstmals demonstriert werden, dass mit Hilfe der Shadowgraph-Methode die gleichzeitige Bestimmung von D11, a, der kinematischen Viskosität "nü" und des Soret-Koeffizienten ST möglich ist, jedoch mit Einschränkungen auf spezielle Stoffsysteme und thermodynamische Zustände. Für Systeme mit negativem ST kommt es innerhalb der für die Bestimmung von "nü" und ST bislang groß gehaltenen Fluidschichtdicke zu Advektion, welche nur bei geringfügiger Ausprägung noch Zugang zu den Stoffeigenschaften zulässt. Der Advektion soll in der zweiten Förderperiode durch eine Minimierung der Fluidschichtdicke sowie durch optionale Umkehr des Temperaturgradienten begegnet werden, so dass die Shadowgraph-Methode nach zusätzlicher Weiterentwicklung der Datenauswertung für nahezu willkürliche Gemische anwendbar wird. Der resultierende Verzicht auf Zugänglichkeit von "nü" und ST für ST < 0 ist dabei aufgrund deren ohnehin großen Messunsicherheiten gerechtfertigt, um die Einsetzbarkeit der Methode für die mit sehr viel geringeren Unsicherheiten behafteten Größen D11 und a entscheidend zu verbessern. Anhand von ausgewählten Gemischen soll dabei zunächst untersucht werden, wie die für die Signalstatistik ungünstige Reduzierung der Fluidschichtdicke durch Erhöhung des Temperaturgradienten bei gleichzeitiger Unterdrückung von Advektion derart kompensiert werden kann, dass auch für Gemische mit für die Signalintensität nachteiligen geringen Beträgen von ST und der Brechungsindexdifferenz der Reinstoffe verlässliche Daten zugänglich werden. Abschließende Untersuchungen für systematisch ausgewählte binäre Kohlenwasserstoffgemische sollen die Weiterentwicklungen validieren und zudem zu einem verbesserten Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in Bezug auf molekulare Diffusion beitragen.

  • Mehrschichtfolien zur vermehrten Post-Consumer Recyclatverarbeitung im Thermoformen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2023
    Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

  • Entwicklung einer Feuerung mit Brennstoffstufung – Stickoxidminderung und Flexibilisierung von Biomassefeuerungsanlagen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.evt.tf.fau.de/forschung/forschungsschwerpunkte/verbrennung_vergasung/bmwi-projekt-flexnox/#collapse_3
    Abstract

    Im Projekt FlexNOx soll durch die Entwicklung einerBiomassefeuerungsanlage mit Brennstoffstufung eine kostengünstige Lösung fürdie Reduktion von NOx-Emissionen im Leistungsbereich 100 kW bis2 MW entstehen. Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik unterstützt dieEntwicklung im Rahmen eines Teilvorhabens durch CFD-Simulation und Datenanalyse.

  • EFFiziente und schnelle textEiNgabe für menschen mit motorischen behinDerungen neuromuskulär-Induzierter art

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 30. Juni 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Das EFFENDI Projekt untersucht Möglichkeiten, Menschen mit neuromuskulaeren Krankheiten, NMK, dabei zu helfen, Text schnell und effizient einzugeben. Auslöser war die Suche des Antragstellers, AS, nach einer geeigneten Weise, einen Computer zu bedienen und Text einzugeben. Beim AS wurde vor über 25 Jahren die fortschreitende NMK Friedreich Ataxie festgestellt. Als Wissenschaftler ist er gezwungen, bis zu 10 h am Tag, einen Computer zu benutzen, aber aufgrund seiner Krankheit hatte er zunehmend Probleme mit der Standardtastatur; Texteingabe war daher sehr mühevoll und fehlerbehaftet für ihn. Im Laufe seiner jahrelangen Suche nach einer passenden Alternative liefen ihm einige Systeme über den Weg, manche davon überstiegen seine Fähigkeiten bei weitem, andere brauchten nur einen Bruchteil von dem, was er zu leisten imstande war. Es war nichts GERADE RICHTIG. Um diese Lücke zu füllen, entschied sich der AS seine eigene Alternative zu entwickeln. Mit dem Gedanken, dass das, was ihm hilft, auch anderen helfen sollte, war es das Ziel, sich nicht nur auf einen Fall zu konzentrieren, sondern die bis dahin vernachlässigte Gruppe von Patienten mit NMK insgesamt zu betrachten. Das Ergebnis OnScreenDualScribe, OSDS, ist ein sehr mächtiges Werkzeug, das es erlaubt, die normalen Eingabegeräte für einen Computer, große Tastatur und Maus, mit nur einem einzigen Gerät zu ersetzen. Eine Erweiterung zur Fortsetzung ist die Suche nach einem optimalen Eingabegerät für Menschen mit NMK. Dies würde auch eine Alternative für Nichtbehinderte aufzeigen, und zwar im Zusammenhang mit Anwendungen wie etwa einem Reisebegleiter. Der AS ist vollständig zur neuen Eingabemethode übergegangen, d.h., dass er nahezu nichts anderes benutzt, um einen Computer zu bedienen. Es hat sein Leben vollkommen verändert, z.B. hatte er nie gerne Emails geschrieben, da dies einfach mühevolle Arbeit war. Dies hat sich nun geändert, denn die Eingabe längerer Texte im Ambiguous Mode ist ein Kinderspiel. OSDS ist sehr geeignet für Personen, die beide Hände kontrollieren können. Ein anderer Teil des Projekts zielt auf die Emulation der manuellen Interaktion mit Hilfe verschiedener Signale, die von mehreren mobilen Sensoren aufgezeichnet werden. Obwohl die Sensorplattform schon existiert, hinsichtlich der grundlegenden Architektur, ist die Anzahl aufgezeichneter Sensorsignale noch um einiges zu klein, um erste Nutzertests zu erlauben. Eine Idee, diese Anzahl aufzustocken, ist die Entwicklung einer eingeschränkten Spracherkennung für Menschen mit Dysarthrie. Eine andere Idee ist die Untersuchung eines berührungssensitiven Ablegers von OSDS, welcher die lang verschlossene Tür zu Tablets oder Smartphones für Menschen mit NMK öffnen könnte. Da die Ergebnisse sehr vielversprechend, aber erst der Anfang sind, würde der AS gerne die Chance der Weiterführung haben, zusätzlich zu den momentan genehmigten 9 weiteren Monaten, wie im Fortsetzungsantrag beschrieben ist.

  • Zuverlässige Folienkondensatoren mit erhöhtem Leistungspotential

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Prozesstechnische Einbindung eines Rieselbettreaktors für die biologische Methanisierung von Wasserstoff in die Druckwasser-wäsche-basierte Biomethanerzeugung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Prozesstechnische Einbindung eines Rieselbettreaktors für die biologische Methanisierung von Wasserstoff in die Druckwasser-wäsche-basierte Biomethanerzeugung
    Laufzeit: 1. Februar 2021 - 31. Januar 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Das Projekt verfolgt zwei derzentralen Fragestellungen für die erfolgreiche Integration von Power-to-GasTechnologien in die Energiespeicherung und Sektorenkopplung: Die Bereitstellungvon erneuerbaren CO2 Quellen und die nachhaltige Gasaufbereitung fürdie Einspeisung ins Erdgasnetz.

    Wir streben eine kombinierte Lösungzur Verknüpfung von Reststrom-CO2 aus der Gasaufbereitung vonBiogasanlagen mit einem biologischen Methanisierungsschritt an.

    Gestützt auf unsere Expertise imFermenterbau und der Reaktorauslegung für methanogene Archaeen mit gasförmigenProdukten, übernehmen wir die Entwicklung, Auslegung und Erprobung eines Rieselbettreaktorsfür die biologische Methanisierung von Wasserstoff und biogenem CO2.Zum Ziel wird die Optimierung der Phasenübergänge von Edukt- und Produktgasengesetzt, da geringe volumenspezifischen Methanbildungsraten bislang einwesentlicher Nachteil der biologischen Methanisierung sind.

    In Zusammenarbeit mit unserenProjektpartnern wird der Rieselbettreaktor verfahrenstechnisch in dieDruckwasserwäsche-basierte Biogasaufbereitung eingebettet. Das Konzept siehtvor, dass die CO2 beladene Waschlösung im Anschluss an die CO2-Abtrennungdirekt in den Reaktor geleitet wird, und so das für die biologischeMethanisierung benötigte CO2 bereitzustellen.

  • The influence of extracellular microenvironment on molecular transport across cell membrane

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 26. Mai 2021
    Mittelgeber: Humboldt-Stiftung / Humboldt-Forschungsstipendium

  • Duroplastgebundene spritzgegossene Dauermagnete mit definierter Magnetisierungsstruktur

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Personalization of muscoskeletal models through AI (PoMMAI)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    Abstract
    Human movement is a complex process that depends on many factors such as body constitution, health condition, but also external factors. Joint angles, joint moments and muscle forces are variables quantifying the movement to give valuable insights about these factors. Simulation of musculoskeletal models can be used to perform detailed movement analysis to obtain these variables. The application of simulation is two-fold: Reconstruction of measured motion and prediction of new motion. Motion reconstruction can give valuable insights for example for sports analysis in marathon runners or medical gait assessment of Parkinson’s patients. Simulation can predict changes in human motion in response to environmental changes. This is beneficial to, for instance, support virtual product design of footwear or below-knee prostheses.

    However, for accurate and detailed simulations, the personalization of musculoskeletal models is crucial. Precise scaling of segment and muscle parameters can be achieved using magnetic resonance imaging (MRI) which requires time and cost consuming measurements additionally to the movement acquisition and expert knowledge. State-of-the-art methods relying only on movement recordings scale segment parameters and muscle attachment points. But they do not scale muscle parameters like maximum isometric forces.

    We will combine optimal control simulation with the application of advanced machine learning methods to personalize segment as well as muscle parameters based on marker and ground reaction force. The goal is to make personalized simulations feasible in healthcare, sports science, and industrial practice. To this end, we aim at developing an approach with three key improvements: First, it can be applied without additional and time-consuming measurements using expensive modalities; Secondly, it can be used without expert knowledge but operates automatically; Thirdly, it is feasible with limited computational re-sources, i.e., computational power and time.

  • Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elemantarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • ETI 2020 Macauley

    (FAU Funds)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2021

  • Tool Additive Arm zur Fertigung ressourceneffizienter Leichtbaustrukturen im Fahrzeugbau

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)

  • Bewegungsplanung für Fahrsimulatoren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: Industrie

  • Bewertung der Leistungsfähigkeit von Internet über Satellit

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 30. April 2021
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    URL: https://www.cs7.tf.fau.de/forschung/quality-of-service/forschungsprojekte/sat-internet-performance/
    Abstract

    In dieser Arbeit wird die Leistungsfähigkeit verschiedener Anwendungen über verschiedene Internetzugänge bewertet, mit Fokus auf den Internetzugang über Satellit.

    Konkret wurden folgende Zugangstechnologien ausgewählt:

    • Geostationäre Satelliten (Konnect/Eutelsat, skyDSL/Eutelsat, Bigblu/Eutelsat, Novostream/Astra)
    • Satelliten-Megakonstellation in niedriger Umlaufbahn (Starlink)
    • Terrestrische Systeme als Referenz (o2 DSL, Congstar LTE)

  • Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    Abstract

    Ziel ist das Verständnis fundamentaler Prozesse, die die Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen bestimmen. Dazu kombinieren wir Röntgenphotoelektronenspektroskopie im Ultrahoch-vakuum (Steinrück) mit Pendant-Drop-Messungen und dynamischer Lichtstreuung unter Reaktionsbedingungen (Koller). Aus diesen Messungen sollen Beziehungen zwischen den molekularen Oberflächeneigenschaften auf der Nanometerskala und der makroskopischen Oberflächenspannung und Viskosität sowie mit der Dynamik der Oberflächenfluktuationen abgeleitet werden. Basierend auf diesem Wissen wollen wir jene Faktoren ermitteln, die die Anreicherung von katalytischen Metallkomplexen an der Oberfläche ionischer Flüssigkeiten begünstigen.

  • ODEUROPA: Negotiating Olfactory and Sensory Experiences in Cultural Heritage Practice and Research

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: ODEUROPA
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
    URL: https://odeuropa.eu/
    Abstract

    Our senses are gateways to the past. Although museums are slowly discovering the power of multi-sensory presentations, we lack the scientific standards, tools and data to identify, consolidate, and promote the wide-ranging role of scents and smelling in our cultural heritage. In recent years, European cultural heritage institutions have invested heavily in large-scale digitization. A wealth of object, text and image data that can be analysed using computer science techniques now exists. However, the potential olfactory descriptions, experiences, and memories that they contain remain unexplored. We recognize this as both a challenge and an opportunity. Odeuropa will apply state-of-the-art AI techniques to text and image datasets that span four centuries of European history. It will identify the vocabularies, spaces, events, practices, and emotions associated with smells and smelling. The project will curate this multi-modal information, following semantic web standards, and store the enriched data in a ‘European Olfactory Knowledge Graph’ (EOKG). We will use this data to identify ‘storylines’, informed by cultural history and heritage research, and share these with different audiences in different formats: through demonstrators, an online catalogue, toolkits and training documentation describing best-practices in olfactory museology. New, evidence-based methodologies will quantify the impact of multisensory visitor engagement. This data will support the implementation of policy recommendations for recognising, promoting, presenting and digitally preserving olfactory heritage. These activities will realize Odeuropa’s main goal: to show that smells and smelling are important and viable means for consolidating and promoting Europe’s tangible and intangible cultural heritage.

  • Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA) - Kombination von Härtungsmechanismen in CoNiCr-basierten Superlegierungen mit komplexer chemischer Zusammensetzung und hohem Anteil an intermetallischen Mehrkomponentenausscheidungen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)
    Laufzeit: seit 1. Januar 2021
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract
    Ein aktueller Schwerpunkt der Forschung zu Hoch-Entropie-Legierungen (HEA) liegt auf einem mikrostruktur- und mechanismenbasierten Legierungsdesign. Dieser Ansatz zielt darauf ab, HEA mit überlegenen Eigenschaften zu entwickeln, die beispielweise die erhöhte Mischkristallhärtung und eine niedrige Stapelfehlerenergie, die von einphasigen HEAs bekannt ist, mit spezifischen Mechanismen wie eine durch Zwillingsbildung induzierte Plastizität oder Ausscheidungshärtung zu kombinieren. Letztere sind aus herkömmlichen Materialien wie TWIP-Stählen und Ni-Basis Superlegierungen bekannt.In diesem Projekt werden "Polykristalline Hoch-Entropie-Superlegierungen (PHESA)" untersucht, die mit einem solchen mechanistischen Designansatz entwickelt wurden. Diese kombinieren die vorteilhaften Eigenschaften einer mit den Refraktärmetallen W und Mo legierten kubisch-flächenzentrierten CoNiCr-Matrix mit einem sehr hohen Anteil an intermetallischen Ausscheidungen. Diese Mehrkomponentenausscheidungen mit L12 Kristallstruktur und der stöchiometrischen Zusammensetzung (Ni,Co)3(Al,W/Mo,Cr) dienen der Ausscheidungshärtung. Die PHESA besitzen eine chemisch komplexe Zusammensetzung und leiten sich von kürzlich entwickelten Superlegierungen auf CoNiCr-Basis ab, die aufgrund ihres attraktiven Eigenschaftsprofils mit sehr guter Oxidationsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und außergewöhnlicher Kriechfestigkeit ein hohes Anwendungspotential aufweisen. Es werden Legierungen mit W oder Mo verglichen, um die Wirkung beider Elemente insbesondere hinsichtlich ihres Segregationsverhaltens an Defekten und ihrer unterschiedlichen Tendenz zur Bildung intermetallischer Phasen zu untersuchen. Zusätzlich werden unterschiedliche Gehalte an Minorelementen wie Ti und Ta hinzulegiert, um unterschiedliche planare Defektenergien, unterschiedliche Zwillingsdicken und -dichten zu erhalten und eine mögliche verformungsinduzierte Phasentransformation auszulösen.Der entscheidende Punkt ist, dass bei diesen PHESA aufgrund der geringen Stapelfehlerenergie der Matrix und der Mehrkomponentenausscheidungsphase andere Verformungsmechanismen während der Hochtemperaturverformung, wie Zwillingsbildung, im Vergleich zu herkömmlichen polykristallinen Nickel-Basis Superlegierungen auftreten. Das Ausmaß dieser Härtungsmechanismen wie die sekundäre Härtung durch den Suzuki-Mechanismus und die Wechselwirkung von Nanozwillingen ist derzeit in PHESA unbekannt.Unser Verständnis der zugrundeliegenden Verformungsmechanismen soll somit weiter verbessert werden, damit diese Härtungsmechanismen, die in vorhandenen Hochtemperaturmaterialien bisher nicht etabliert sind in den PHESA genutzt und kombiniert werden können. Das Potenzial dieser fortschrittlichen Hochtemperaturlegierungen wird durch anwendungsorientiertere Prüfverfahren wie Zugversuche und Zugkriechversuche weiter bewertet. Ziel ist es den Weg für eine neue Generation von kriechfesten polykristallinen Hochtemperaturwerkstoffen zu bereiten.

  • Erarbeitung eines Umformverfahrens zur Herstellung endkonturnaher Funktionsbauteile mit Blechdickengradient

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen - Blechmassivumformung
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Geometrisch nichtlinear elastische symplektische Kontinuumsmechanik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Die Kontinuumsmechanik ist eine wichtige Grundlagenwissenschaft in den Ingenieur- und Naturwissenschaften, die den Zusammenhang zwischen Kräften und Deformationen (und Bewegungen) in Materialien und Strukturen modelliert. Ihre numerische Umsetzung z.B. in der Finiten Element Methode ist aus dem Alltag von Berechnungsabteilungen von technologieorientierten Unternehmen aufgrund ihrer hervorgehobenen Relevanz heutzutage nicht mehr wegzudenken. Das hier beantragte Vorhaben zielt, motiviert durch Konzepte der Hamiltonschen Dynamik auf die erstmalige Etablierung eines völlig neuartigen, sogenannten symplektischen Zugangs zur geometrisch nichtlinearen Kontinuumsmechanik mit zunächst speziellem Fokus auf die nichtlineare Elastizität. Die symplektische Formulierung der geometrisch nichtlinearen Kontinuumsmechanik verspricht neben ihrer Eleganz dabei insbesondere zahlreiche Vorteile im Rahmen ihrer numerischen Umsetzung. Die nichtlineare Elastizität hat vielfältige bedeutende Modellierungsanwendungen im Bereich weicher und weichster Materialien mit größter aktueller Bedeutung beispielweise für die Mechanik biologischer Gewebe, die Soft-Robotik sowie zahlreicher derzeit entwickelter high-tech Metamaterialien. In Summe wird hier sehr vielversprechendes aber auch riskantes thematisches Neuland betreten, wobei die Erfolgsaussichten des Vorhabens aufgrund der komplementären Expertise der Projektpartner als sehr hoch einzuschätzen sind.

  • Verbesserung der Alterungsstabilität von Kunststoff-Pulvern für das Laser-Sintern durch maßgeschneiderte Additivsysteme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Optische In-situ-Diagnostik von Tröpfchen, Nanopartikeln und Aggregaten in der Sprayflammensynthese

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Die Produkteigenschaften von Nanopartikeln aus der Sprayflammensynthese (SFS) hängen neben ihrer chemischen Zusammensetzung wesentlich von der Partikelmorphologie ab. Das Projekt untersucht mit fortgeschrittenen laseroptischen Methoden Partikelwachstum und -aggregation und korreliert die Partikeleigenschaften mit den Randbedingungen der Synthese (Prekursorart, -konzentration, Lösungsmittel, Volumenströme) und kann so einen wesentlichen Beitrag zum Prozessverständnis leisten. In der ersten Phase des Projektes wurde das Verfahren des Wide-Angle Light Scattering (WALS) so weiterentwickelt, dass hiermit auch Tröpfchengrößen in der Sprayflamme erfasst werden können. In dieser Projektphase sollen hierzu Auswerteroutinen weiter verbessert werden, um eine genauere und schnellere Bestimmung zu ermöglichen. Das WALS-Verfahren wird ebenfalls zur In-situ-Messung der Kenngrößen von Nanopartikeln und -aggregaten (Gyrationsradius, fraktale Dimension) in einem erweiterten Bereich der Flamme eingesetzt. Für ausgewählte Materialsysteme (speziell Eisenoxid) werden diese Untersuchungen ergänzt durch Einsatz der zeitaufgelösten Laser-Induced Incandescence (TiRe-LII) zur Messung der Primärteilchengröße, so dass mit den vorliegenden Verfahren zentrale für die Prozesskette wichtige Eigenschaften bestimmt werden können. Die kombinierten Messtechniken werden speziell auch zur Untersuchung verschiedener Fragestellungen eingesetzt, die nicht zuletzt durch Arbeiten der Gruppen im SPP verstärkt in den Fokus des Interesses gerückt sind. Diese betreffen zum einen die Ausbildung einer bevorzugten Route der Partikelbildung (direkt aus Tröpfchen bzw. aus der Gasphase) je nach Zusammensetzung des Lösungsmittels. Zum anderen wird die Auswirkung von beobachteten Pulsationen im Prozess auf die Partikeleigenschaften untersucht. Hierzu wird Flammeneigenleuchten zeitaufgelöst mit WALS-Messungen, die im Einzelschuss durchgeführt werden, kombiniert und korreliert.Neben dem Austausch mit dem Zentralprojekt bzgl. Materialsystemen, Prozessbedingungen und Daten erfolgt eine Zusammenarbeit mit mehreren experimentell arbeitenden Gruppen des SPP zur direkten Bereitstellung von gegenseitig komplementären Daten. Darüber hinaus wurden mit auf dem Gebiet der numerischen Simulation tätigen Gruppen Kooperationen vereinbart und hierzu erste beidseitig interessante und zugängliche Materialsysteme konkret festgelegt. Die Daten dieses Projektes dienen dabei zum einen zur direkten Validierung der Simulation, zum anderen liefern die numerischen Projekte weitergehende Informationen, z.B. zur Form einer Partikelgrößenverteilung, um so eine modellgestützte und damit verbesserte Auswertung der WALS-Daten zu ermöglichen.

  • Focused Ion Beam induced Defects in 4H-SiC: Generation, Characterization and Modelling

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    Today, 4H-SiC is the most prominent wide bandgapsemiconductor material with respect to commercially available powersemiconductor devices. Very recently, 4H-SiC has also become very attractivefor quantum devices. For both applications, defects play a major role – eitherbeing detrimental to power device performance (e.g., compensation of p-typedoping, reduction of charge carrier mobility) or being essential for quantumeffects (e.g., color centers).

    Focused ion beam systems (FIB) allow localizedimplantation of ions in a target material which in turn very locally generatesdefects in the material. Besides, the relatively flexible choice ofimplantation energy and dose widens the level of defect generation as well asthe actual defect depth profile. Recently, new kind of ion sources for e.g.Helium (i.e. Helium Ion Microscope, HIM), Neon, Xenon but also B, Au etc. havebeen developed. In comparison with the widely adopted Gallium FIBs, the new ionsources cannot only show unique advantages like easily realizable

  • Reibungsreduzierung in geschmierten tribologischen Kontakten durch mikrotexturierte Bauteiloberflächen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • "Bleibt daheim" - virtuelle Realität Opto-Biomechatronik Skills Labore in einer 3D Rollenspiel-Umgebung für die Studenten-Ausbildung als Ersatz für Präsenzveranstaltungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)

  • SCAlable LAttice Boltzmann Leaps to Exascale

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SCAlable LAttice Boltzmann Leaps to Exascale
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: Europäische Union (EU), Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Prozessstrategien für die Herstellung dünnwandiger Bauteilstrukturen beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (T3)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: https://www.crc814.research.fau.eu/projekte/t-transferprojekte/transferproject-t3/
    Abstract
    Ziel des Projektes ist die systematische Erforschung der Prozess-Geometrie-Wechselwirkung dünnwandiger Bauteilstrukturen zur Herstellung lokal angepasster Bauteileigenschaften sowie der Modellierung des Effekts in Finite-Elemente-Simulationen und darauf basierender Strukturoptimierung. Die heute deutliche Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der Wanddicke sollen aufbauend auf den Erkenntnissen im SFB814 mithilfe von neuen Belichtungstechnologien und -strategien minimiert werden. Die Erkenntnisse fließen zudem in ein wanddickenabhängiges Materialmodell für die Strukturoptimierung ein. Alle Ergebnisse werden über die Projektlaufzeit bei den beteiligten Industriepartnern validiert. Aus den experimentellen Erkenntnissen sowie dem wanddickenabhängigen Materialmodell entsteht ein Methodenkasten zur Produktentwicklung von dünnwandigen Strukturen. Durch diesen kann zukünftig der Produktentstehungsprozess beschleunigt und die Wirtschaftlichkeit gesteigert werden.
    Auf Basis dieser Erkenntnisse können zukünftig neue Einsatzgebiete für das selektive Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen erschlossen werden.

  • Untersuchungen zur Herstellung achromatischer Linsen durch Verbundspritzprägen transparenter Kunststoffe

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 30. Juni 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Kunststoffe zeigen, im Vergleich zu vielen optischen Gläsern, eine hohe Dispersion. Dies bedeutet, dass der Brechungsindex des Werkstoffs stärker mit zunehmender Wellenlänge abfällt. Als Folge haben unterschiedliche Wellenlängen des Lichts (Lichtfarben), die durch eine optische Linse fokussiert werden, unterschiedliche Fokuslagen. Dies führt zu Bildfehlern und unscharfen Abbildungen, weshalb abbildende Optiken meist aus mehreren kombinierten Linsen aufgebaut sind. Bei Beleuchtungsoptiken zeigt sich die Dispersion anhand eines Farbschleiers am Rand des Lichtkegels. Durch Kombination von zwei Linsen aus Materialien mit unterschiedlicher Dispersion zu einer achromatischen Linse lässt sich dieser als chromatische Aberration bezeichnete Abbildungsfehler reduzieren, was zu einer deutlichen Steigerung der Abbildungsleistung führt. Zur Verbesserung der Bildqualität werden optisch abbilde Linsensysteme aus Kunststoff üblicherweise aus mehreren Linsen in Montageschritten zusammengefügt. Dies erfordert die Herstellung mehrerer Bauteile, eine exakte Positionierung zueinander und weitere Montageschritte. Im Fokus des Projektes steht deshalb das verzugs- und schwindungsarme Aufspritzen einer zweiten Komponente auf einen Vorspritzling zur Herstellung einer achromatischen Linse aus unterschiedlichen transparenten Kunststoffen. Mögliche Kunststoffe, deren Kombination hier infrage kommt, sind Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA). Neben der Reduktion von weiteren Bearbeitungs- und Montageschritten wird durch den Verbundspritzguss auch die Transmission durch Reduktion der Reflexionen an den Grenzflächen gesteigert. Aus der Anwendung einer achromatischen Linse soll im Forschungsvorhaben die allgemeine Ableitung einer Fertigungsstrategie zum schwindungs- und verzugsarmen Verbundspritzprägen mit großen Kontaktflächen erfolgen. Dieses Wissen ist für zahlreiche weitere Anwendungen, auch neben der Optik, relevant. Dennoch sind die Voraussetzungen für diesen Verbundspritzguss bei optischen Bauteilen besonders herausfordernd: die zweite Komponente muss sehr schwindungsarm auf den Vorspritzling aufgespritzt werden, die Verbundfläche soll durch den Aufspritzvorgang nicht verformt werden und es muss eine ausreichende Haftung der beiden Kunststoffe über eine große Fläche gewährleistet sein. Diese Punkte sollen u. a. durch einen angepassten Spritzprägeprozess erreicht werden. So soll durch eine angepasste Kompression der Schmelze im Prozess mittels Prägen eine nachgelagerte Schwindung der aufgespritzten Komponente möglichst reduziert werden. Die Einflüsse der Prozessparameter auf die Haftung, die Schwindung, die Form der Verbundfläche und den Brechungsindex sowie den Bauteileigenschaften werden dabei systematisch untersucht.

  • Integrative Fertigung von Isolationssystemen im Elektromaschinenbau

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

  • Untersuchung des Anwendungspotenzials des Vibrationsschweißens von vernetzten Polyethylen und deren Langzeitverhalten (VIP-BEX)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Eine hybride Fuzzy-Stochastische-Finite-Element-Methode für polymorphe, mikrostrukturelle Unsicherheiten in heterogenen Materialien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2020 - 30. November 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Numerische Homogenisierung benötigt zwei Finite-Element-Modelle, d.h. zum einen ein Modell auf der Makroskale und zum anderen ein Modell der zugrundeliegenden Struktur des Materials auf der Mikroskale. Dabei benötigt die numerische Homogenisierung den Transfer der makroskopischen Lasten auf die Mikroskale und die Mittelung der entsprechenden Antwort der Mikrostruktur, um die effektiven makroskopischen Eigenschaften zu erhalten. Eine Herausforderung stellt dabei die numerische Homogenisierung von heterogenen Materialien mit Unschärfe in der Mikrostruktur dar, wie sie in diesem Projekt betrachtet werden.Die Unschärfe im makroskopischen Antwortverhalten heterogener Materialien resultiert dabei zum einen aus der natürlichen Streuung in der Geometrie und den Materialeigenschaften und zum anderen aus ungenügenden Informationen über die Mikrostruktur. Der erste Unschärfe-Typ wird als aleatorisch bezeichnet und kann durch stochastische Methoden beschrieben werden. Der zweite Typ wird als epistemische Unschärfe bezeichnet und kann durch Fuzzy-Methoden beschrieben werden. Modelle, die beide Typen enthalten, werden als polymorph bezeichnet und benötigen eine Kombination aus stochastischen und Fuzzy-Methoden.In Phase I entwickelten wir Methoden zur akkuraten und effizienten Behandlung polymorpher Unschärfe in der Geometrie der Mikrostruktur und demonstrierten diese an einem Benchmark-Problem.Die Ziele in Phase II sind die Weiterentwicklung der Modellierungsansätze und insbesondere die Anwendung auf den Entwurf von Strukturen. Das Ergebnis der Phase II soll eine ausgereifte Methode sein, die die Beschreibung von Unschärfe von der untersten Ebene der Mikrostruktur des Materials über die makroskopische Struktursimulation bis zum Strukturentwurf erlaubt. Im Einzelnen sollen in Phase II folgende Herausforderungen angegangen werden:- Es soll die Entwicklung fuzzy-stochastischer Benchmark-RVEs für die Mikrostruktur heterogener Materialien weitergeführt werden, um zu einer realistischeren und genaueren Beschreibung polymorpher Unschärfe in der Mikrostruktur zu gelangen.- Die Modellierungsansätze für die spektrale nicht-deterministische FE-Analyse sollen auf die nicht-deterministische, erweiterte isogeometrische Analyse (XIGA) erweitert werden.- Die numerischen Kosten für große Systeme mit Unschärfe sind insbesondere bei Anwendungen mit vielen Abfragen untragbar hoch. Daher sind Modellreduktionsverfahren ein unerlässliches Werkzeug, um die Mikroskalen-Simulationen zu beschleunigen.- Es sollen geeignete Metamodelle auf der Makroskale entwickelt werden, um große Simulationen von Strukturen durchführen zu können. - Schließlich soll der Einfluss von Unschärfe in der Mikrostruktur auf das statische und dynamische Verhalten von Makrostrukturen unter unscharfer Belastung untersucht werden.

  • Simulationsmethoden zum additiven Prozessieren von Hochtemperaturlegierungen – Mikrostruktur, In-service-Eigenschaften und Reparatur

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2020 - 30. November 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Eine hybride Fuzzy-Stochastische-Finite-Element-Methode für polymorphe, mikrostrukturelle Unsicherheiten in heterogenen Materialien

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen
    Laufzeit: 1. Dezember 2020 - 30. November 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Numerische Homogenisierung benötigt zwei Finite-Element-Modelle, d.h. zum einen ein Modell auf der Makroskale und zum anderen ein Modell der zugrundeliegenden Struktur des Materials auf der Mikroskale. Dabei benötigt die numerische Homogenisierung den Transfer der makroskopischen Lasten auf die Mikroskale und die Mittelung der entsprechenden Antwort der Mikrostruktur, um die effektiven makroskopischen Eigenschaften zu erhalten. Eine Herausforderung stellt dabei die numerische Homogenisierung von heterogenen Materialien mit Unschärfe in der Mikrostruktur dar, wie sie in diesem Projekt betrachtet werden.Die Unschärfe im makroskopischen Antwortverhalten heterogener Materialien resultiert dabei zum einen aus der natürlichen Streuung in der Geometrie und den Materialeigenschaften und zum anderen aus ungenügenden Informationen über die Mikrostruktur. Der erste Unschärfe-Typ wird als aleatorisch bezeichnet und kann durch stochastische Methoden beschrieben werden. Der zweite Typ wird als epistemische Unschärfe bezeichnet und kann durch Fuzzy-Methoden beschrieben werden. Modelle, die beide Typen enthalten, werden als polymorph bezeichnet und benötigen eine Kombination aus stochastischen und Fuzzy-Methoden.In Phase I entwickelten wir Methoden zur akkuraten und effizienten Behandlung polymorpher Unschärfe in der Geometrie der Mikrostruktur und demonstrierten diese an einem Benchmark-Problem.Die Ziele in Phase II sind die Weiterentwicklung der Modellierungsansätze und insbesondere die Anwendung auf den Entwurf von Strukturen. Das Ergebnis der Phase II soll eine ausgereifte Methode sein, die die Beschreibung von Unschärfe von der untersten Ebene der Mikrostruktur des Materials über die makroskopische Struktursimulation bis zum Strukturentwurf erlaubt. Im Einzelnen sollen in Phase II folgende Herausforderungen angegangen werden:- Es soll die Entwicklung fuzzy-stochastischer Benchmark-RVEs für die Mikrostruktur heterogener Materialien weitergeführt werden, um zu einer realistischeren und genaueren Beschreibung polymorpher Unschärfe in der Mikrostruktur zu gelangen.- Die Modellierungsansätze für die spektrale nicht-deterministische FE-Analyse sollen auf die nicht-deterministische, erweiterte isogeometrische Analyse (XIGA) erweitert werden.- Die numerischen Kosten für große Systeme mit Unschärfe sind insbesondere bei Anwendungen mit vielen Abfragen untragbar hoch. Daher sind Modellreduktionsverfahren ein unerlässliches Werkzeug, um die Mikroskalen-Simulationen zu beschleunigen.- Es sollen geeignete Metamodelle auf der Makroskale entwickelt werden, um große Simulationen von Strukturen durchführen zu können. - Schließlich soll der Einfluss von Unschärfe in der Mikrostruktur auf das statische und dynamische Verhalten von Makrostrukturen unter unscharfer Belastung untersucht werden.

  • Studie zur Untersuchung der Skalierbarkeit von modernen on-Board-Prozessoren (OBP) Architekturen hinsichtlich geeigneter Parameter zur Unterstützung und Förderung zukünftiger OBP-Entwicklungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2020 - 31. August 2022
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    Abstract

    Studie zur Untersuchung der Skalierbarkeit von modernen On-Board-Prozessoren (OBP) Archi-tekturen hinsichtlich geeigneter Parameter zur Unterstützung und Förderung zukünftiger OBP-Entwicklungen.

  • Kohlenwasserstoffgemischkondensation am Rohr und Rohrbündel

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 30. November 2020 - 29. November 2023
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Abstract

    Derzeit existiert keine fundierte Grundlage fürdie verlässliche wärmetechnische Auslegung von Rohrbündelkondensatoren für dieVerflüssigung von Dampfgemischen. Mit Blick auf die zukunftsträchtigenArbeitsfluide der Kohlenwasserstoffe und deren Gemische soll eine Verbesserungdes grundlegenden Verständnisses der Mechanismen bei der Kondensation und desdamit verbundenen Wärmeübergangs an Einzelrohren mit verschiedenen Strukturenund Rohrbündeln durch systematische Experimente und durch Weiter- bzw.Neuentwicklung theoretischer Modelle erzielt werden.

  • Hybride Modelle zur Entwicklung von technischen Systemen für die direkte Interaktion mit dem Menschen am Beispiel für Einheiten aus Power-Tools und Oberkörper-Unterstützungssystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2020 - 30. Mai 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methodik für die durchgängige Entwicklung von körper- und handgetragenen technischen Systemen, welche mit dem Menschen im gemeinsamen Leistungsfluss stehen. Die Methodik beinhaltet die Verknüpfung von Methoden der Modellierung von Anwendungsfällen, Unterstützungs-systemen, biomechanischen Menschmodellen und multikriterielle Optimierung von Komponenten. Durch die Kombination und Erweiterung bewährter Simulationsansätze und biomechanischen Menschmodellen entstehen hybride Modelle für die Produktentwicklung körpergetragener technischer Systeme (z. B. Exoskelette) in Kombination mit technischen Systemen die direkt im Leistungsfluss zum Menschen stehen (z. B. Power-Tools). Durch dieses Forschungsvorhaben können beide Systeme, im Gegensatz zu heute, zukünftig gemeinsam für die jeweiligen Anwendungsfälle integriert entwickelt werden. Die direkte Kopplung von Unterstützungssystemen und Power-Tools mit dem Menschen stellt Entwickler vor besondere Herausforderungen. Gründe hierfür sind neben der Berücksichtigung der menschlichen Anatomie und der Auswahl geeigneter Kraftangriffspunkte am Menschen, insbesondere die komplexen menschlichen Bewegungsmuster. Die Einheit aus Nutzer, Anwendungsfall und technischem Unterstützungssystem muss in ihrer Gesamtheit betrachtet werden. Eine solche systemisch ausgerichtete Entwicklung lässt sich bislang nicht mittels der vorhandenen Simulationsmodelle abbilden und ist daher in weiten Teilen auf intuitives Einschätzen der Randbedingungen von Bewegungsexperten und Ingenieuren angewiesen. Eine Evaluation intuitiv entwickelter Systeme erfolgt erst am Ende der Entwicklung mit Hilfe des physischen Prototyps mittels biomechanischer Analysen.Die zu entwickelnde Methodik greift an dieser Lücke an und unterstützt durch Nutzung hybrider Modelle die Entwicklung von Unterstützungssystemen und Power-Tools. Diese hybriden Modelle entstehen durch eine Verschmelzung von Methoden der Anwendungsfallmodellierung und Methoden der Mensch-Technik-Simulation. Folglich besteht ein Kern des Forschungsvorhabens in der Kopplung von Simulationsmodellen des Teilsystems Mensch und dynamischen Modellen seriell und parallel zum Menschen angeordneter Unterstützungssysteme. Es werden klassische, simulationsgestützte Entwicklungsumgebungen für Ingenieure mit muskuloskelettalen Menschenmodellen über Co-Simulationen gekoppelt, um auf deren Basis technische Unterstützungssysteme multikriteriell zu evaluieren und zu optimieren.Als geplanter exemplarischer Anwendungsfall, an der die Methodik dargelegt und evaluiert wird, dient die Entwicklung eines Oberkörper-Unterstützungssystems (Exoskelett) mit systemisch interagierendem Schrauber als Beispiel für Power-Tool gestützte Montageprozesse in und über Kopfhöhe.

  • Laserimplantation an Presshärtewerkzeugen zur Beeinflussung der tribologischen und thermischen Eigenschaften im Prozesseinsatz (DFG ME 2043/68-2)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2020 - 31. Oktober 2022
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Entwicklung eines neuartigen Läufers sowie weiterer Motorkomponenten aus Aluminiumlegierungen für Linearmotoren durch den Einsatz von gegossenen Aluminiumbauteilen zur Erhöhung der maximalen Motorkraft um 30 %

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Ressourcenminimale Fertigung durch hybride und hochvernetzte Prozesse

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2020 - 31. Oktober 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Patientenmobilität bei atypischem Parkinson: physiotherapeutische Effekte

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. November 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/438496663?context=projekt&task=showDetail&id=438496663&
    Abstract
    Mobilität bei atypischem Parkinsonsyndromen: Auswirkungen der PhysiotherapieWeiterer Forschungskontext / theoretischer RahmenParkinson typische Gangstörungen und eingeschränkte Mobilität sind zentrale Symptome von Morbus Parkinson (PD) und atypischen Parkinson Syndromen (APD), einschließlich Multisystematrophie (MSA) und Progressiver Supranukleärer Blickparese (PSP). Diese Einschränkungen kennzeichnen den Übergang zu Behinderung und erhöhter Sterblichkeit. Während in mehreren randomisierten kontrollierten Studien die Wirksamkeit von gangspezifischen physiotherapeutischen Interventionen für PD untersucht wurde, ist dieser Bereich für Patienten mit APD bislang weitgehend unerforscht. Die Ergebnisse unserer Pilotstudie zur Untersuchung der Wirksamkeit eines Physiotherapieprogramms bei APD zeigten Verbesserungen der Gangparameter, die sich in der sensor-basierten Ganganalyse im Labor widerspiegeln. Die derzeitigen Fortschritte bei der Entwicklung tragbarer sensorgestützter Technologien lassen sich nun auch unter unbeaufsichtigten Fernbedingungen (Home-Monitoring) klinisch anwenden.Hypothesen / Forschungsfragen / ZieleIn dieser randomisierten, kontrollierten Studie erwarten wir eine erhöhte Verbesserung der Gangleistung und -mobilität bei PD- und APD-PatientInnen durch spezifische Gangtherapie im Vergleich zu Standard-Physiotherapie. Insbesondere wollen wir untersuchen, ob:1) Gangtherapie im Vergleich zu Standard-Physiotherapie und entsprechendem Heimtraining die Gangparameter im Labor und zu Hause verbessern, die körperliche Aktivität steigern und die klinische Bewertungsskala bei PD- und APD-PatientInnen verbessern können.2) PD-, MSA- und PSP-PatientInnen sich in ihrem Ansprechen auf gangfokussierte im Vergleich zu Standard-Physiotherapie und Heimübungen unterscheiden. Die Analyse wird durch laborbasierte und Heim-basierte Gangparameter, körperliche Aktivität und klinische Bewertungsskalen durchgeführt.Ansatz / MethodenDie Studie wird multizentrisch, randomisiert, doppelblind und kontrolliert durchgeführt. Die Intervention besteht aus einer stationären, auf das Gangbild ausgerichteten Physiotherapie, gefolgt von einem unbeaufsichtigten, auf das Gangbild ausgerichteten Heimtraining. Die Kontrollgruppe erhält eine Standard-Physiotherapie/ ein Standard-Heimtraining, das die Parkinson-Symptome behandelt, ohne sich auf das Gangbild zu konzentrieren. Die Ganganalyse im Labor wird von Schuh-Sensoren durchgeführt, um objektive Gangparameter (z. B. Ganggeschwindigkeit, Schrittlänge usw.) abzurufen. Die Überwachung zu Hause erfolgt mit ähnlichen Schuhsensoren und einem Sensor in der unteren Rückenposition, wodurch Routinetätigkeiten wie Sitzen, Liegen, Stehen und Gehen analysiert werden können.Originalität / InnovationDie Verbesserung von Gangstörungen bei PD- und APD-PatientInnen durch gangfokussierte PT- und Heimübungen erhöht die Unabhängigkeit der PatientInnen und verhindert das Risiko von Stürzen.

  • Einsatz künstlicher Intelligenz zur Vorhersage des Kriechversagens mikrostrukturell ungeordneter Werkstoffe

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Kriechversagen erfolgt, wenn Werkstoffe über lange Zeiten einer Last ausgesetzt sind, welche unterhalb der Zerreißfestigkeit im Zugversuch liegt. Im Lauf der Zeit kann es dann, häufig durch thermisch aktivierte Prozesse wie chemische Reaktionen oder plastisches Kriechen, zur Schädigung der Werkstoffmikrostruktur und schließlich zum Werkstoffversagen kommen. Die Standzeiten bis zum Versagen weisen zwischen gleichartig präparierten Proben oft eine beträchtliche Streuung auf, zudem sind sehr lange Standzeiten experimentell nur schwer zugänglich. Es ist daher potenziell wünschenswert, durch Überwachung von Bauteilen zu bauteilspezifischen Vorhersagen der Restlebensdauer zu gelangen, um einerseits Kosten zu reduzieren, die mit dem vorzeitigen Austausch noch intakter Bauteile verbunden sind, und andererseits Bauteilversagen unter Einsatzbedingungen zu vermeiden. Hierzu kann man beispielsweise den U-Verlauf typischer Kriechkurven einen typischen U-Verlauf zeigen, bei dem die Kriechrate zunächst abfällt (‚Bereich I‘), dann ein breites Minimum mit fast konstanter Kriechrate durchläuft (‚Bereich II‘) um schließlich vor dem Probenversagen stark anzusteigen (‚Bereich III‘). Bauteilspezifische Vorhersagen lassen sich dabei aus dem Zeitpunkt ableiten, an dem die Beschleunigung der Kriechrate einsetzt. Andere Ansätze basieren auf dem Zeitverlauf der Kriechaktivität, welche im Vorfeld des Versagens durch eine mathematische Kurve mit Singularität am Versagenszeitpunkt angenähert werden kann, auf dem Anwachsen der Rate akustischer Emissionen, oder auf der Tatsache, dass sich die Verformungs- und Schädigungsaktivität vor dem Versagen in der Nähe der Bruchfläche lokalisiert. Im vorgeschlagenen Projekt soll untersucht werden, ob sich durch Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz bzw. des maschinellen Lernens aus Daten zur räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Verformungsaktivität verbesserte Vorhersagen des probenspezifischen Versagenszeitpunkts gewinnen lassen. Hierzu sollen einerseits computergenerierte Daten verwendet werden, welche auf der Simulation von Werkstoffmodellen verschiedener Komplexität beruhen, und andererseits experimentelle Daten, die aus seriellen Kriechversuchen an Papierproben unter akustischer und optischer Überwachung der Kriechverformung gewonnen wurden. Die Daten beinhalten jeweils eine große Zahl von Datensätzen, welche das Kriechverhalten von bis zu mehreren 10000 simulierten bzw einigen Hundert experimentelle Proben beschreiben. Von diesen Datensätzen wird jeweils ein Teil zum Training der verwendeten Algorithmen, sogenannter neuronaler Netzwerke, verwendet, die dann eine Zuordnung zwischen dem räumlichen und zeitlichen Muster der Verformungsaktivität und dem erwarteten Versagenszeitpunkt vornehmen. Der Rest der Daten wird zur Überprüfung der erzielten Lernleistung herangezogen. Schließlich wird die Qualität der erzielten Vorhersagen im Vergleich mit anderen in der Literatur beschriebenen Vorhersagemethoden bewertet.

  • Informatik als Grundlage für digitales Lehren und Lernen in der Lehrerbildung

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. April 2021

  • 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

  • Elektronenpulse Modellieren – Entwicklung und Design eines Steuergerätes für Elektronenkanonen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)

  • Innenhochdruck-Umformung höchstfester Aluminiumlegierungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), AIF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen

  • 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)

  • 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_
    Abstract

    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.

  • Aktivitätserkennung mithilfe von im Hörgerät integrierten Inertialsensoren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 31. März 2024
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    The 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. 

  • Fügen mittels pinartiger Strukturen in Schweißverfahren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Die Verwendung pinartiger Strukturen zur Herstellung formschlüssiger Fügeverbindungen in Schweißverfahren stellt einen innovativen Ansatz zum Verbinden haftungsinkompatibler Kunststoffe dar und erweitert damit das mögliche Kunststoff-Kombinationsspektrum deutlich. Ohne den Einsatz von Zusatzstoffen oder aufwändiger Oberflächenvorbehandlungen können somit lokal an die Beanspruchung angepasste Bauteileigenschaften durch Verbinden zueinander inkompatibler teilkristalliner Thermoplaste ermöglicht werden. Weiterhin erlaubt die Verwendung pinartiger Strukturen die Kombination teilkristalline und amorphe Thermoplaste, wodurch z. B. eine dauerhafte Funktionalisierung mittels optisch transparenter Elemente ermöglicht wird. Neben dem Verbinden haftungsinkompatibler Werkstoffe kann das Verfahren weiterhin für Verbunde mit geringer Schweißnahtfestigkeit, z. B. bei faserverstärkten Kunststoffen, förderlich sein. Mithilfe pinartiger Strukturen kann eine Modifikation des Faserverlaufs normal zur Fügeebene realisiert werden, was eine Steigerung der Verbundfestigkeit zur Folge hat.Ziel des beantragten Vorhabens ist die grundlegende Erforschung bestehender Wirkzusammenhänge des Fügens mittels pinartiger Strukturen in Schweißverfahren. Verwendung finden hierfür die Vibrations- sowie Ultraschallschweißtechnologie, welche beide auf einer Energieeinbringung mittels Reibung basieren. Ungeachtet des hohen Potenzials sind Wechselwirkungen zwischen Werkstoff, Prozess und resultierenden Verbundeigenschaften für dieses neuartige Fügeverfahren derzeit unbekannt. Die umfänglichen experimentellen Untersuchungen innerhalb des Vorhabens ermöglichen, im Zusammenspiel mit einer modelhaften Betrachtung, die Erarbeitung allgemeiner Voraussetzungen an die Werkstoffkombinationen sowie die Prozessführung. Hierfür werden die Auswirkungen maßgebender Prozessparameter, der Pin-Geometrie sowie der auftretenden thermomechanischen Wechselwirkungen auf die resultierende Verbindung grundlegend analysiert.Die Nutzung der Ultraschallschweißtechnologie ermöglicht, im Vergleich zur Vibrationsschweißtechnik, die Erzeugung kleinerer Pin-Strukturen mithilfe derer die Belastbarkeit des Verbundes erhöht sowie das Verfahren auch für kleinere Bauteile zugänglich gemacht werden kann. Zudem erfolgt die Energieeinbringung und die Strukturerzeugung, im Gegensatz zur Vibrationsschweißtechnik, durch unterschiedliche Schwingungsrichtungen. Dies erlaubt eine verbesserte Auflösung prozessspezifischer Wechselwirkungen.Mit Hilfe der im Projektverlauf gewonnenen Erkenntnisse kann somit ein umfassendes Prozessverständnis zum Fügen mittels pinartiger Strukturen abgeleitete sowie allgemeine Strukturierungs- und Fügestrategien aufgestellt werden. Diese ermöglichen nachfolgend die Übertragung der Methodik auf weitere Werkstoffe sowie Fügeverfahren.

  • Integratives Konzept zur personalisierten Präzisionsmedizin in Prävention, Früh-Erkennung, Therapie undRückfallvermeidung am Beispiel von Brustkrebs - DigiOnko

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Gesundheit und Pflege, StMGP (seit 2018)

  • Dynamische Analyse prothetischer Strukturen mit polymorpher Unschärfe

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen
    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Nach dem Verlust von Gliedmaßen oder bei Fehlfunktionen von Gelenken sind Menschen auf einen technischen Ersatz angewiesen, der sowohl die biomechanische Funktion, als auch die körperliche Unversehrtheit nachbildet. Dabei ist für eine prothetische Struktur neben der Erfüllung der funktionalen Anforderung (sichere Ausführung weitreichender Bewegungen mit geringem Energieaufwand und ohne den Körper zu beeinträchtigen) auch die Erscheinung der resultierenden Bewegung (inklusive ästhetischer Aspekte wie natürliche und symmetrische Gangmuster) von großer Bedeutung. Da sich in vivo Messungen von Gelenkbewegungen und Belastungen kompliziert darstellen, und die experimentelle Untersuchung neu entwickelter Prothesen unter realistischen Bedingungen sehr schwierig ist (insbesondere finden sich für die Untersuchung menschlicher Bewegung mit Prothesen kaum geeignete Probanden), spielt die prädiktive Simulation eine immer größere Rolle. Biomechanische Bewegung kann als Lösung eines Optimalsteuerungsproblems mit physiologisch motivierter Zielfunktion simuliert werden. Allerdings existieren polymorphe Unsicherheitsfaktoren, die aus der Prothese selbst, der Bewegung des Patienten oder der Umgebung resultieren. Das übergreifende Ziel dieses Projekts (Phase I und II) ist die Entwicklung von Modellen und strukturerhaltenden Lösungsmethoden für unscharfe biomechanische Optimalsteuerungsprobleme zur verlässlichen Vorhersage menschlicher Bewegung mit Prothesen und deren Analyse.

  • 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)
    Abstract
    Zellulare Strukturen stellen aufgrund ihres sehr guten Wärmetransportverhaltens eine vielversprechende Alternative zu klassischen schüttungsgefüllten Festbettreaktoren dar. Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von zellularen Strukturen als Katalysatorträger in Rohrreaktoren ist die häufig nicht ausreichende Wandanbindung und der damit verbundene schlechte Wärmeübergang zwischen der Struktur und der Wand. Insbesondere bei stark exo- oder endothermen Reaktionen führt dieser Wärmetransportwiderstand zu unerwünschten Temperaturgradienten. Daher ist Hauptziel des Forschungsvorhabens, ein wissenschaftlich basiertes Verständnis für Art und Struktur der Wandanbindung zu entwickeln, um für unterschiedliche Systeme Vorhersagen für die Gestaltung einer optimalen Wandanbindung zu ermöglichen. Als besonders geeignetes sowie variabel gestaltbares und innovatives Modellsystem sollen auxetische POCS (periodic open cellular structures) zum Einsatz kommen, die mittels additiver Fertigung (Selektives Elektronenstrahlschmelzen, SEBM) aus einer Formgedächtnislegierung (NiTi, Nitinol) gefertigt werden sollen.Die Herstellung der POCS mittels additiver Fertigung (SEBM-Verfahren) bietet eine große Gestaltungsfreiheit, sodass dem Design der Struktur nahezu keine Limitierungen gesetzt sind. Um eine gute Wandanbindung für austauschbare Katalysatorträger zu gewährleisten, wird ein System vorgeschlagen, das sich den auxetischen Effekt zu Nutze macht. Hierbei wird durch axiale Kompression der Durchmesser der Struktur verringert. Der auxetische Effekt alleine würde jedoch eine dauerhaft anliegende Kraft zur Kompression der Struktur erfordern. Durch die Kombination mit dem Einweg-Memory-Effekt einer Formgedächtnislegierung ist dies nicht nötig. Stattdessen wird die Struktur durch eine einmalige Kaltverformung temporär komprimiert und im Reaktor in situ durch eine Temperaturbehandlung in den Ausgangszustand zurückversetzt. Auf diesem Weg kann auf elegante Weise eine Presspassung von Trägerstruktur und Reaktorwand gewährleistet werden.Die Verarbeitung von Nitinol mittels SEBM ist in der Literatur noch nicht ausreichend dokumentiert und stellt ein hochinteressantes Forschungsthema dar. Die Kombination des Wissens über POCS und der Literatur über die additive Fertigung mit Formgedächtnislegierungen bietet einen vielversprechenden Ansatz für die Lösung der Wärmeübergangsproblematik in Rohrreaktoren. Simulationsmethoden zu mechanischen und reaktionstechnischen Fragestellungen sollen ein Grundgerüst für die fundierte Entwicklung von verbesserten Katalysatorträgern bilden. In mehreren Optimierungszyklen wird das vielversprechendste Design ausgewählt. Schließlich soll anhand einer technisch relevanten Reaktion die Wirksamkeit und Effizienz des neuen Konzepts demonstriert werden.

  • 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.eu
    Abstract

    The 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.

  • Lernlabor "Künstliche Intelligenz"

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • Integratives Konzept zur personalisierten Präzisionsmedizin in Prävention, Früh-Erkennung, Therapie und Rückfallvermeidung am Beispiel von Brustkrebs

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2024
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Gesundheit und Pflege, StMGP (seit 2018)
    Abstract

    Breast cancer is one of the leading causes of death in the field of oncology in Germany. For the successful care and treatment of patients with breast cancer, a high level of information for those affected is essential in order to achieve a high level of compliance with the established structures and therapies. On the one hand, the digitalisation of medicine offers the opportunity to develop new technologies that increase the efficiency of medical care. On the other hand, it can also strengthen patient compliance by improving information and patient integration through electronic health applications. Thus, a reduction in mortality and an improvement in quality of life can be achieved. Within the framework of this project, digital health programmes are going to be created that support and complement health care. The project aims to provide better and faster access to new diagnostic and therapeutic procedures in mainstream oncology care, to implement eHealth models for more efficient and effective cancer care, and to improve capacity for patients in oncologcal therapy in times of crisis (such as the SARS-CoV-2 pandemic). The Chair of Health Management is conducting the health economic evaluation and analysing the extent to which digitalisation can contribute to a reduction in the costs of treatment and care as well as to an improvement in the quality of life of breast cancer patients.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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

  • Kohlenstoffallotrope als intelligentes fortschrittliches Biomateria

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Förderantrag zur Entwicklung des Kurses „Deep Learning for beginners“

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2020 - 31. August 2021
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern

  • 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/
    Abstract

    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

  • Machine Learning for Engineers II (ML4Engineers II)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2020 - 28. Februar 2021
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern
    Abstract

    This 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.

  • Computergestützte Analyse harmonischer Strukturen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. September 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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 Inneren (BMI)
    Abstract

    Die 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. 

  • Laser-Pulverauftragsschweißen von PEEK zur flexiblen Herstellung funktioneller und funktionsintegrierter Schichten und Strukturen für die rekonstruktive Medizin

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2020 - 31. Juli 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    In diesem Vorhaben soll ein neuartiges additives Beschichtungsverfahren zur flexiblen Herstellung funktioneller Schichten und Strukturen auf metallischen Implantaten oder Knochen bzw. knochenähnlichen Materialien für die rekonstruktive Medizin wissenschaftlich qualifiziert werden. Für das neuartige Verfahren wird mittels des additiven Fertigungsverfahrens Laser-Pulverauftragsschweißens der Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon (PEEK), welcher sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität hervorragend für den Einsatz in der rekonstruktiven Medizintechnik eignet, verarbeitet.Aufbauend auf Vorarbeiten wird zunächst die Beschichtung von unterschiedlichen Subs-traten mit PEEK und anschließend der Aufbau von Strukturen aus PEEK auf den aufgebrachten PEEK-Schichten untersucht. Hierfür wird ein Versuchstand in Hinblick auf hohe Flexibilität im Prozess aufgebaut. Die Prozessbewertung wird einerseits an Hand der Charakteristika der Beschichtungsresultate (Haftfestigkeit, Homogenität, Dicke, Porosität, Morphologie) und andererseits durch die Online-Analyse des Prozesses durch Hochgeschwindigkeits- und Thermokameras realisiert. Durch diese Herangehensweise entsteht eine Datenbasis, welche für eine qualitative und auch quantitative Analyse der Prozessdynamik und der zu Grunde liegenden Wechselwirkungs- und Fügemechanismen herangezogen werden kann. Darüber hinaus ist die Materialoptimierung zur Prozessverbesserung (z. B. Haftfestigkeit der Schichten, Pulverzufuhr, etc.) aber auch zur Verbesserung der Funktionalität (z. B. Bioaktivität, mechanische Eigenschaften, etc.) der Pulver- und Substratwerkstoffe ein wesentlicher Gegenstand der experimentellen Untersuchungen. Methoden hierfür sind zum einen die Beimengung von Pulverzusatzstoffen (z. B. Graphit, Aerosil®, Bioglas, etc.) und zum anderen verschiedene Vorbehandlungsmethoden (z. B. Ätzen, Strukturieren, thermische Vorbehandlung etc.). Diese werden durch den direkten Einsatz im Prozess sowie durch diverse Charakterisierungsmethoden (dynamische Differenzkalometrie, Ulbricht-Kugel-Aufbau, Laser-Scanning-Mikroskop, etc.) für das Verfahren qualifiziert.Die Kombination des Laser-Pulverauftragsschweißens mit dem Hochleistungskunststoff PEEK zur Herstellung von Beschichtungen und Strukturen eröffnet im Vergleich zu typischen Beschichtungsverfahren, einzigartige Vorteile und Potentiale in der rekonstruktiven Medizin. Diese liegen im Wesentlichen in der Flexibilität des Verfahrens begründet, welche die Realisierung von partiellen Beschichtungen, selektiv variablen Schichtdicken oder Strukturbreiten, komplexen dreidimensionalen Strukturen, gradierten Schichten sowie Multi-Material-Strukturen ermöglicht. Da das Verfahren unter Atmosphärenbedingungen einsetzbar ist und dazu ein mehrachsiges Positionierungssystem eine flexible Führung des Bearbeitungskopfes erlaubt, können nahezu beliebige Substrate oder Objekte, unabhängig von Oberflächenform, Größe und Standort, bearbeitet werden.

  • Edge Devices - Fit4ML

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2020 - 31. Juli 2021
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    Der 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).

  • Entwicklung eines simulierbaren Abschreckumformprozesses für die energie- und materialeffiziente Herstellung von Blechformteilen aus a+ß-Titanlegierungen mit bezogen auf den Ausgangszustand gesteigerten mechanischen Kennwerten durch eine prozessintegrierte Wärmebehandlung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Titanium Solution Treated & Rapid Quenching
    Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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.php
    Abstract

    Programmierbare 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).

  • Regelung des Antriebsstrangs beim Kaltwalzen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2020 - 31. August 2023
    Mittelgeber: Industrie

  • Echtzeituntersuchung des Elektronenstrahlschmelzens von Metallen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Test Patterns zur Erkennung von Softwareschwachstellen (Teilvorhaben im Verbundprojekt SMARTEST2: Evaluierung von Verfahren zum Testen der Informationssicherheit in der nuklearen Leittechnik durch smarte Testfallgenerierung 2)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SMARTEST2: Evaluierung von Verfahren zum Testen der Informationssicherheit in der nuklearen Leittechnik durch smarte Testfallgenerierung 2
    Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Das Verbundvorhaben SMARTEST2 befasst sich mit Untersuchungen zur Verbesserung der IT-Sicherheit vernetzter software-basierter leittechnischer Systeme. Aufbauend auf den Forschungsergebnissen des Vorgängerprojekts SMARTEST sollen weitergehende securityrelevante Testverfahren zur Unterstützung der Erkennung von Schwachstellen in nuklearen Leittechniksystemen erarbeitet werden.

    Auf der Basis des Vorgängerteilvorhabens SMARTEST-FAU-SWE befasst sich das Teilvorhaben SMARTEST2-FAU-SWE mit der Entwicklung systematischer, angriffsspezifischer Testverfahren mittels sukzessiver Identifikation relevanter Schwachstellenklassen, statischer Verfahren zur Eingrenzung des Suchraums und zur Ermittlung der zu verfolgenden Testziele, sowie dynamischer Verfahren zur heuristischen Verfolgung der statisch identifizierten Testziele. Ein weiteres Ziel betrifft die Herleitung eines Leitfadens mittels Zuordnung der untersuchten Schwachstellenarten und der sich ergebenden Testmuster.

  • Titanium Solution Treating & Rapid Quenching

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Titanium Solution Treated & Rapid Quenching
    Laufzeit: seit 1. Juli 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses variabler Betriebstemparaturen auf das Trag- und Versagensverhalten struktureller Klebverbindungen unter Crashbelastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2020 - 30. November 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Koalgebraische Modellprüfung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    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.

  • Wälzlagertoleranzen II - FVA736II

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2020 - 30. November 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    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.

  • Entwicklung und Validierung fortgeschrittener Analysemethoden für abweichungs-behaftete Wälzlagersysteme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2020 - 30. November 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)
    Abstract

    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).

  • 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)

  • 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)

  • Towards Standards for Three-dimensional Non-invasive Digitisation of Manuscripts

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. April 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/433501541?context=projekt&task=showDetail&id=433501541&
    Abstract
    Im Zuge der sich rapide durchsetzenden Digitalisierung werden derzeit ein Großteil der Bestände von Büchereien in elektronische Formate überführt. Die massive Digitalisierung stößt aber auch auf Grenzen. Es existieren Dokumente, deren Zustand durch Alterung oder externe Einflüsse eine konventionelle, optisch basierte Digitalisierung kaum erlauben. Eigene Vorarbeiten zeigten, dass die drei Bildgebungsverfahren Röntgen-Computertomografie, Phasenkontrast-Röntgen-Computertomografie und Terahertz-Bildgebung prinzipiell dazu geeignet sind, nicht-invasive Einblicke in derartige Dokumente zu ermöglichen, digitale Bildinformationen zu generieren und neue Möglichkeiten zur automatisierten Erfassung zu eröffnen.In diesem Forschungsvorhaben wird erstmalig eine konkrete Strategie zur Digitalisierung von solchen Dokumenten entwickelt. Anhand einer strukturierten Evaluation wird ein Qualitätswertes entstehen, der Aussagen über die Güte der Digitalisierung mit einer der drei Modalitäten für bestimmte historische Materialien zulässt, woraus das geeignetste Verfahren abgeschätzt werden kann. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Leitfaden zur Digitalisierung von fragilen Dokumenten entwickelt, mithilfe dessen die Qualität, Machbarkeit und eventuelle Schädigung vor-ab abgeschätzt werden können. Zusätzlich werden Algorithmen entwickelt, die die generierten Daten virtuell aufbereiten.Mit der Durchführung des Forschungsvorhabens werden drei konkrete Ziele verfolgt. Durch die Evaluation der Modalitäten soll anschließend das geeignetste Verfahren für ein spezifisches Dokument ermittelt werden können. Nach Ende des Projekts wird eine Benutzeroberfläche bereitgestellt, in der durch Angabe von Materialkombinationen und relevanter Parameter, die erreichbare Qualität mit jeder Modalität geschätzt wird. So wird es möglich sein, die Variation der Aufnahmeparameter zu testen, beispielhafte Ergebnisse anhand der generierten Datenbank anzuzeigen, und den Qualitätswert zu berechnen.Die Grundlage dafür bildet die Evaluation der drei Modalitäten für relevante Materialien. Hierzu werden realistische Prüfkörper gefertigt. Sowohl die Aufnahmequalität und -auflösung als auch eventuelle Schädigung des Dokuments können auf diese Weise berücksichtigt werden.Anhand des Leitfadens wird dann das geeignetste Verfahren für ein spezifisches Dokument identifiziert werden können. Diese Aussage basiert auf einem prognostizierten Qualitätswert, sodass die optimale Digitalisierungsmodalität im Voraus bestimmt werden kann.Die Evaluation mehrerer Modalitäten sowie die Algorithmenentwicklung sind als zentrale Herausforderung des Forschungsvorhabens zu sehen. Es soll ermöglicht werden, gefährdete Bestände in einem digitalen Format zu speichern, ohne deren Struktur durch manuelle Eingriffe zu zerstören. In der zweiten Förderphase soll eine multimodale Lösung erforscht werden, bei der durch Kombination mehrerer Verfahren Nachteile und Grenzen einzelner Modalitäten kompensiert werden.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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)

  • Aku. Mob. Distanzmessung -OE353

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 27. April 2020 - 16. Juni 2020
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • Dynamische HPC Softwarepakete: Nahtlose Integration von existierenden Softwarepaketen und Codegenerierungstechniken - TeilRU: 667425

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. April 2020 - 30. April 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Dynamische HPC Softwarepakete: Nahtlose Integration von existierenden Softwarepaketen und Codegenerierungstechniken - TeilRU: 667425  

  • Dynamische HPC Softwarepakete: Nahtlose Integration von existierenden Softwarepaketen und Codegenerierungstechniken - TeilKO: 667424

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. April 2020 - 30. April 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Komplexe Phänomene in den Natur- und Ingenieurwissenschaften werden zunehmend mit Hilfe von Simulationstechniken untersucht. Dies wird durch eine dramatische Erhöhung der verfügbaren Rechenleistung ermöglicht, und daraus entwickelt sich Computational Science and Engineering (CSE) als dritte grundlegende Säule der Wissenschaft. CSE zielt auf das Design, die Analyse und die Implementierung neuer Simulationsmethoden für das Hochleistungsrechnen (HPC), so dass diese robust, benutzerfreundlich und zuverlässig für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Problemen eingesetzt werden können. Angesichts der hohen Kosten für die Anschaffung und den Betrieb von Hochleistungsrechnern wird das Erreichen der bestmöglichen Recheneffizienz bei deren Nutzung zu einem Hauptkriterium für die Softwarequalität und ist ein zentraler Punkt auf der Forschungsagenda von CSE. Darüber hinaus muss HPC-Software eine Reihe zunehmend komplexer Anwendungen auf modernen zunehmend heterogenen Hardwareplattformen unterstützen, bei denen häufig viele verschiedenartige Algorithmen kombiniert werden, um interagierende physische Prozesse zu modellieren. Dafür muss HPC-Software häufig stark modifiziert werden, um die zusätzliche Leistungsfähigkeit neuartiger Architekturen voll ausnutzen zu können.Unser Hauptziel ist die Bereitstellung einer neuen Klasse dynamischer Software-Frameworks für HPC-Benutzer, die vorhandene und etablierte HPC-Frameworks mit aktueller Codegenerierungstechnologie kombinieren, um die Produktivität bei der Einführung neuer Anwendungen oder beim Portieren der Anwendungen auf neue Plattformen zu steigern.Wir werden die Vorteile dieses Ansatzes anhand von drei Multi-Physik-Anwendungen aufzeigen, erstens der Optimierung von Windkraftanlagen und Windparks, zweitens der Entstehung und Dynamik von Dünen, die in vielen Ökosystemen wie z.B. Flussbetten vorkommen, und drittens der Simulation geladener Teilchen in mikrofluidischen Strömungen.

  • Bereitstellung einer Infrastruktur zur Nutzung für die Ausbildung Studierender auf einem z/OS Betriebssystem der Fa. IBM

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 2. April 2020 - 31. März 2025
    Mittelgeber: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

  • 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)
    Abstract

    Zur Steigerung der Produktivität desProduktionsprozesses von Stahldrähten wird die Prozesskette Kerbwalzen undWechselbiegen grundlegend analysiert. Während des Kerbwalzens werden beidseitigKerben in ein Blechband geformt, in deren Bereichen der Werkstoff während desanschließenden Walkprozesses ermüdet und Risse entstehen. Die numerische undexperimentelle Umsetzung beider Prozessschritte ermöglicht die Identifikationrelevanter Einflussgrößen und deren Wechselwirkungen. Berücksichtigte Parametersind u. a. beim Kerbwalzen der Kerbspitzenradius, der Kerbwinkel und dieStegdicke, sowie beim Wechselbiegen der Biegewinkel und die Zyklenzahl bisBruch bzw. bis zur angestrebten Reststegdicke. Zur Bewertung derMaterialtrennung sind numerische und experimentelle Studien der duktilenSchädigung erforderlich.

  • Molekulare Charakterisierung der Remission von Arthritis

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Customized Digital Engineering für bayerische KMU am Beispiel des Antriebsstrangs elektrischer Fahrzeuge

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    URL: https://www.bayfor.org/forcude

  • Virtuelle und experimentelle Toleranzuntersuchungen abweichungsbehafteter Baugruppen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: FOR 2271: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    URL: https://www.for2271.tf.fau.de/startseite/for-2271-tp1/
    Abstract
    Die Zielsetzung des Teilprojekts ist die Ermöglichung einer prozessorientierten Tolerierung, bei der alle geometrischen Abweichungen sowie ihre unterschiedlichen Ursachen sowie Messunsicherheiten berücksichtigt werden, und die Bereitstellung von hierzu notwendigen Methoden und Werkzeugen. Zur Erreichung dieses Ziels werden im Rahmen des Teilprojekts besonders die wissenschaftlichen Fragestellungen bezüglich der Vorgehensweise zur prozessorientierten Toleranzvergabe, der Integration von verschiedensten Abweichungsinformationen in Toleranzsimulationen und der Nutzung von Toleranzsimulationsergebnissen für eine optimierte Toleranzvergabe und Prozessauslegung beantwortet. Der Fokus des Teilprojekts in der zweiten Förderphase der Forschungsgruppe liegt dabei auf der Erweiterung der interdisziplinären prozessorientierten Toleranzvergabe hinsichtlich der Berücksichtigung von Verschleißverhalten im Betrieb. Hierbei wird die gesamte vorgesehene Produktnutzung mit Werkzeugen des Toleranzmanagements virtuell abgesichert, indem nicht nur Prozessschwankungen während der Produktentstehung berücksichtigt werden, sondern auch Verschleißeinflüsse während des Betriebs in den Simulationsmodellen virtuell abgebildet werden. Zur Validierung der entwickelten neuartigen Simulationsmodelle werden am Prüfstand der Forschungsgruppe experimentelle Toleranzanalyse durchgeführt, deren Ergebnisse mit den virtuellen Ergebnissen abgeglichen werden. Darüber hinaus soll eine Optimierung der Toleranzvergabe erfolgen, um vorgegebene Qualitätsziele über die Produktlebensdauer bei gleichzeitiger Einhaltung fertigungs- und messprozessbedingter Restriktionen zu erfüllen.Neben der Entwicklung von Werkzeugen für die Toleranzsimulation und deren Validierung werden zudem auch Methoden und Vorgehensweisen für das durchgängige Toleranzmanagement, welche die Besonderheiten entwickelter Toleranzsimulationswerkzeuge berücksichtigen, erarbeitet und in Zusammenarbeit mit den Partnern der Forschungsgruppe auf ihre Eignung hin geprüft. Wesentlicher Gewinn des Teilprojekts ist somit eine Vorgehensweise, die es erlaubt während der Produktentwicklung prozess- und betriebsbedingte Ursachen für geometrische Abweichungen zu berücksichtigen und aufbauend auf den Ergebnissen Rückschlüsse auf relevante Prozess- und Betriebsparameter zu ermöglichen, sowie entwickelte Toleranzsimulationswerkzeuge für die ganzheitliche Toleranzvergabe. Hiermit können Fertigungs- und Prüfprozesse gezielt optimiert und Fertigungskosten gesenkt sowie Produkteinführungszeiten verkürzt werden.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Intelligente MR-Diagnostik der Leber durch Verknüpfung modell- und datengetriebener Verfahren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Heterogene Fahrzeugnetzwerke zur Datenübertragung im Feld

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract
    Fahrzeuge 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.

  • CT-Belichtungsautomatik mit patientenspezifischer Echtzeitberechnung der Dosisverteilung durch neuronale Netze und Minimierung der effektiven Dosis

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Moderne CT-Systeme beinhalten zahlreiche technische Maßnahmen, um die Patientendosis möglichst gering zu halten. Besonders wichtig ist die so genannte Röhrenstrommodulation, bei der abhängig von der zu erwartenden Durchstrahlungslänge der Röhrenstrom so angepasst wird, dass bei gegebener Bildqualität das Röhrenstrom-Zeit-Produkt (mAs-Produkt) minimal ist bzw. das bei gegebenem mAs-Produkt die Bildqualität maximal wird. Diese Röhrenstrommodulation erfolgt winkelabhängig und somit innerhalb eines Umlaufs als auch in z-Richtung über den ganzen Scan hinweg. Weitere hiermit verwandte Dosisreduktionsmaßnahme sind die automatische Wahl des mittleren Röhrenstromniveaus und der optimalen Röhrenspannung. Die Verfahren lassen sich unter dem Begriff Belichtungsautomatik zusammenfassen.Derzeit minimiert die Belichtungsautomatik jedoch nicht die Patientendosis und somit das Patientenrisiko, sondern es werden lediglich Surrogatwerte minimiert. Im Bereich der Röhrenstrommodulation ist das o.g. mAs-Produkt das Surrogat. Im Bereich der Spannungswahl wird der CTDI-Wert bzw. das Dosislängenprodukt (DLP) als Surrogat verwendet. Eine direkte Minimierung der gewichtet aufsummierten Organdosiswerte und somit des Patientenrisikos ist bislang aufgrund der äußerst komplexen Rechenvorgänge nicht praktikabel: Die Berechnung der Dosisverteilung erfordert aufwändige Monte-Carlo-Rechnungen und die Berechnung der Organdosis benötigt zudem eine zuverlässige Segmentierung der strahlensensitiven Organe.Wir planen daher den Einsatz künstlicher neuronaler Netzwerke, um die o.g. Probleme zu lösen und um eine Belichtungsautomatik zu realisieren, die direkt das Patientenrisiko minimiert anstatt sich auf Surrogatparameter zu reduzieren. Ein erstes neuronales Netz soll aus dem Patiententopogramm unter Verwendung der bekannten Tischhöhe eine Schätzung des CT-Volumens errechnen. Ein zweites neuronales Netz berechnet eine Segmentierung der Risikoorgane. Wir können dabei teils auf Vorarbeiten des DFG-Projekts KA 1678/20, LE 2763/2, MA 4898/5 zurückgreifen. Ein drittes neuronales Netz soll daraus unter Verwendung weiterer Scanparameter (Tischvorschub, Pitchwert, Umlaufzeit, Kollimierung, Spannung, …) die zu erwartende Dosisverteilung pro Projektion ermitteln. Unter zu Hilfenahme der Risikoorgansegmentierung kann aus der Dosisverteilung die effektive Dosis pro Projektion berechnet werden. Ein Minimierungsverfahren bestimmt dann den optimalen Röhrenstromverlauf der unter Beibehaltung der Bildqualität das Patientenrisiko minimiert.Um das Verfahren zu erproben, sollen diagnostische Daten gesammelt, durch Addition von Rauschen auf die gewünschte Röhrenstromkurve umgerechnet und dann durch erfahrene Radiologen im Vergleich mit herkömmlichen Belichtungsautomatiken bewertet werden.

  • Verbesserte Dual Energy Bildgebung mittels Maschinellem Lernen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Europäische Union (EU)
    Abstract

    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)
    Abstract
    Die Forschungsgruppe FOR 2271 erforscht grundlagenwissenschaftlich ganzheitliche Vorgehensweisen und effiziente Werkzeuge zur umfassenden Steuerung geometrischer Abweichungen im Produktentstehungsprozess und validiert diese anhand einer Modellfabrik. Das Teilprojekt 3 (TP3) beteiligt sich in der Forschergruppe mit der Bestimmung der Gestaltabweichungen und deren Messunsicherheit sowie der Nutzung dieser Informationen für eine funktionsorientierte Toleranzvergabe. Das TP3 hatte in der ersten Förderphase zum Ziel, geeignete Verfahren zu entwickeln, mit denen die Bereitstellung von Messdaten mit Einzelpunktmessunsicherheiten (EPU) für verschiedene taktile, optische und tomografische Messverfahren umgesetzt werden kann. Darauf aufbauend konnten Methoden zur Beschreibung und Korrektur systematischer Gestaltabweichungen sowie die Bereitstellung von Fusions- und Ausgleichsalgorithmen unter Berücksichtigung der EPU zur Wichtung erarbeitet werden. Diese Arbeiten sowie die Bereitstellung der EPU der Abweichungsrepräsentation und der Unsicherheit einzelner Merkmale, sowie die Bereitstellung des messtechnischen Aufbaus zur Funktionsprüfung des Demonstrators runden den Beitrag des TPs zur Forschergruppe ab.In der zweiten Förderperiode sollen aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen weitere Erkenntnisse erzielt werden, um die mit einer Messung assoziierte Messunsicherheit, mit der die Gestaltabweichungen von tolerierten Bauteilen ermittelt werden, durch Optimierung notwendiger Datenverarbeitungsoperationen entlang der Messkette zu reduzieren. Dabei soll durch komplexere Algorithmen ein nutzbarer Informationsgewinn generiert werden, wobei der daraus resultierende deutlich gesteigerte Berechnungsaufwand durch konsequente Anwendung von GPGPU-Programmiertechniken kompensiert werden soll. Die Reduzierung der Messunsicherheit der geometrischen Charakterisierung ermöglicht im Allgemeinen die Vergabe von engeren Toleranzen. Die geplanten Arbeiten umfassen auch metrologische Untersuchungen zu Zahnflankentopografiemessungen zur Ermittlung des Einflusses des zu erwartenden Verschleißes auf die Toleranzvergabe. Zusätzlich werden Ansätze zur Optimierung von Algorithmen zur gewichteten geometrischen Registrierung von Messdaten an Nominal- / Referenzdaten untersucht, um den Fehlereinfluss der Registrierung auf die Datenauswertung und somit die lokale Messunsicherheit von tolerierten Geometrieelementen zu charakterisieren und zu reduzieren. Gemeinsam mit den Projektpartnern wird außerdem untersucht, ob das Vorgehen zur Bestimmung der EPU von Geometrieelementen auf Kantenbereiche übertragbar ist, um die Auswirkungen der hier auftretenden Messunsicherheit auf die zugeordnete Toleranzvergabe abzuschätzen. Die Zusammenarbeit wird durch die normgerechte geometrische Charakterisierung der mechanischen Komponenten des Röntgenblendenprüfstands ergänzt.

  • Analyse leistungsrelevanter, prozessbedingter Struktur- und Gestaltabweichungen von Kunststoffzahnrädern zur anwendungsgerechten Auslegung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Prozessorientiertes Toleranzmanagement mit virtuellen Absicherungsmethoden
    Laufzeit: 1. April 2020 - 31. März 2023
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Abstract
    Das prozessorientierte Toleranzmanagement hat zum Ziel, zulässige Abweichungen von Bauteilen auf Basis von Wissen über die erzielbaren Genauigkeiten in Fertigungsprozesse so zu definieren, dass die Produktfunktion während der Produktlebensdauer gewährleistet ist und eine kostengünstige Produktion ermöglicht wird. In der Praxis ist diese Betrachtung oft auf Maß-, Form- und Lageabweichungen begrenzt. Allerdings haben auch werkstofflich-strukturelle Abweichungen einen starken Einfluss auf das Bauteilverhalten. Daher wurden in der ersten Phase des Projekts der Einfluss des Fertigungsprozesses auf die Gestalt- und Strukturabweichungen und deren Wirkung auf das Einlaufverhalten von Kunststoff/Stahl-Getriebepaaren erarbeitet. So wurde die Ableitung von Empfehlungen für deren Tolerierung und Auslegung in Hinsicht auf ein optimiertes Einlaufverhalten unter Berücksichtigung werkstofflich-struktureller Aspekte prinzipiell ermöglicht. Ziel der zweiten Phase der Forschungsgruppe ist es, diese Kenntnisse im Hinblick auf eine umfassende Betrachtung des Betriebsverhaltens zu erweitern. Im Teilprojekt sollen dazu insbesondere der Einfluss werkstofflich-struktureller und maßlicher Abweichungen auf das Betriebsverhalten umfassend untersucht werden. Das Teilprojekt trägt daher wesentlich zur Zielerfüllung in der Forschungsgruppe bei, indem die für eine prozessorientierte Tolerierung notwendigen, grundlegenden und allgemeinen Zusammenhänge zwischen Bauteiltoleranzen bzw. –strukturen und resultierendem Bauteilverhalten, bspw. hinsichtlich Last- und Verschleißtragfähigkeit, bereitgestellt werden. Darüber hinaus soll ein effizientes Vorgehen zur Bestimmung dieser Zusammenhänge erarbeitet werden, welches es ermöglichen soll, das Betriebsverhalten auf Basis von Modell- und Werkstoffuntersuchungen zu charakterisieren. So soll in Zusammenarbeit mit den anderen Teilprojekten eine umfassende und effiziente Methodik erarbeitet werden, die eine betriebsgerechte Bauteil- und Prozessauslegung bzw. Toleranzdefinition ermöglicht. Die Ziele der zweiten Phase für dieses Teilprojekt können hierbei wie folgt zusammengefasst werden: •Die Einflüsse geometrischer und morphologischer Bauteileigenschaften auf das Verformungsverhalten und die Funktionsfähigkeit im Betrieb unter variierten Lastbedingungen sind in Hinsicht auf das Toleranzmanagement identifiziert und verstanden.•Die Auswirkungen von geometrischen Abweichungen, insbesondere verschiedener Oberflächentopografien fließgepresster Ritzel, auf das Betriebsverhalten von Kunststoff-Stahl-Paarungen sind ermittelt und können umfassend beschrieben werden.•Eine erweiterte Methodik zur effizienten Bestimmung und Beurteilung des Betriebsverhaltens, basierend auf Korrelation von Material-, Modell- und Bauteiluntersuchungen, insbesondere mittels in situ Messtechnik, ist entwickelt und validiert.

  • 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/
    Abstract

    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)

  • Untersuchung innerer Oxidation von Ni-basierten Legierungen in Heißwasser durch Verknüpfung von sequentieller Auslagerung in (16/18O) Medien mit hochauflösender 3 D Atomsonde-Tomographie

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 9. März 2020 - 9. Juli 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Forschungsstipendium (EIN-SFOR)
    Abstract
    Ziel dieses Projekts ist die Ergründung elementarer Transportmechanismen während der Korrosion von Metallen in wässrigem Medium durch Etablierung eines neuen, universellen Versuchsansatzes. Bis zum heutigen Tage sind viele Teilprozesse der lokalen Korrosion von passivierten Legierungsoberflächen noch nicht ansatzweise verstanden. Während der Auslagerung in wässrigen Medien bei hoher Temperatur kommt der erhöhten Mobilität von (Legierungs-) Elementen beispielsweise eine besondere Bedeutung zu. Die resultierende Spannungsrisskorrosion hochlegierter Ni-Cr-basierter Legierungen in Heißwasser bleibt eine große Herausforderung. In der Forschung sind zweistufige Oxidationsversuche in sequenziellen 16/18O2 Atmosphären eine elegante Möglichkeit, Massentransport durch mehrlagige Oxidschichten zu untersuchen. Proben werden hierbei zuerst in einer Atmosphäre mit gewöhnlichem Sauerstoff (natürliche Isotopenverteilung) oxidiert. In einem zweiten Schritt wird die Probe in einem Gas, das mit dem stabilen Sauerstoffisotop 18O angereichert wurde, weiteroxidiert. Die Position der relevanten Sauerstoffisotope, in der Schicht, liefert Rückschlüsse auf Diffusionsprozesse von Sauerstoff und Metallkationen. Bisher gibt es nur sehr wenige Studien, die dieses Prinzip auf Experimente in wässrigen Medien übertragen. Erschwert werden derartige Untersuchung durch das limitierte (laterale) Auflösungsvermögen gängiger massenspektrometrischer Analysemethoden. Allerdings können Atomsonde-Tomographie-Messungen genutzt werden um zielpräparierte Probenvolumina (~100 x 100 x 100 nm³) Atom für Atom darzustellen. Mit Hilfe dreidimensionaler Rekonstruktionen der tomographischen Atomsonde-Messungen konnten in den zurückliegenden Jahren beispielsweise Cr-Verarmung an Korngrenzen während interkristalliner Korrosion mit lateraler Auflösung im Sub-Nanometer Bereich charakterisiert werden. Das Projekt strebt die Verknüpfung von sequentiellen Korrosionsexperimenten in wässrigen (16O/18O) Medien mit hochauflösenden 3 D Atomsonde-Tomographie-Messungen an. Die intergranulare Oxidation binärer Ni-xCr (x = 5, 20, 30 at.%) Legierungen in Heißwasser ist ein geeignetes Szenario zur Erprobung des neuartigen Ansatzes, anhand eines in der Literatur bereits umfangreich charakterisierten Modellsystems. Zusätzliche Untersuchungen an der kommerziellen Ni-Cr-Fe Legierung Alloy 600, die ein komplexere Korrosionsverhalten aufweisen werden durchgeführt. Während des Projekts sollen in erster Linie Diffusionswege des Sauerstoffs entlang von heterogenen Grenzflächen und Korngrenzen visualisiert werden. Keine gängige Analysemethode kann Ergebnisse mit vergleichbarer Auflösung erzielen. Darüber hinaus ermöglich der systematisch experimentelle Ansatz neue, detaillierte Erkenntnisse zur Mobilität von Elementen im untersuchten Modellsystem. Ein besseres Verständnis wichtiger Elementarprozesse leistet auf lange Sicht einen essenziellen Beitrag zur Entwicklung und Auslegung neuartiger, korrosionsbeständiger Legierungen.

  • Heisenberg-Förderung / Verlängerung - 2. Phase

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Durchführung einer Studie zum Thema Simultaneous Localization and Mapping in kooperativen Funksystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2022
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • Grenzflächen-dominiertes Ermündungsverhalten dünner Schichten (D-A-C-H)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Da ihre Dicke in der Mikro- oder Nanoskala angesiedelt ist, verfügen Dünnschichten über einzigartige Eigenschaften, die sie bei einer Vielfalt von Anwendungen sehr beliebt machen. Dünne metallische Schichten eignen sich zum Beispiel für die elektrische Leitung in starren und flexiblen elektronischen Bauteilen und Sensoren, für verspiegelte Oberflächen in Raumschiffen, für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) und für Kühlkörper. Bei den meisten Anwendungen werden Dünnschichten einer zyklischen mechanischen Belastung ausgesetzt, die andere Schädigungsmechanismen bewirken kann, als eine monotone Belastung. Darüber hinaus verhalten sich Dünnschichten – aufgrund ihrer Grenzfläche mit dem Substrat – mechanisch anders als massive Proben. Dies liegt daran, dass die Grenzfläche die Versetzungsbewegung einschränkt, die ein Versagen mittels Extrusionen, Rissen oder Delamination der Schicht verursacht. Bisher wurde jedoch noch nicht untersucht, inwiefern das Ermüdungsverhalten vom Charakter der Grenzfläche abhängt. Grenzflächen können als hart (Dünnschicht auf Keramik- oder Hartmetallsubstrat) oder weich (Dünnschicht auf Polymer) betrachtet werden und manche Dünnschichten besitzen gar keine Grenzfläche, da sie freistehend sind. Die Rolle der Grenzfläche auf das Ermüdungsverhalten wurde jedoch noch nicht hinreichend untersucht. Es wird angenommen, dass der Charakter der Grenzfläche der bestimmende Faktor für die dominierenden Verformungsmechanismen und das Versagen der Dünnschicht ist. Daher schlagen wir eine systematische Untersuchung vor, die dank fortgeschrittener in-situ mikromechanischer Methoden den Einfluss des Grenzflächencharakters (hart/weich/freistehend) auf das Verformungsverhalten und das Versagen der Dünnschichten klären soll. Es ist geplant, hochmoderne mikromechanische Prüfverfahren zu verwenden, um die Rolle des Grenzflächencharakters auf die Verformungsmechanismen und auf das Versagen der dünnen Metallfilme zu untersuchen. Dies beinhaltet den Bulge Test sowie Methoden der Röntgenbeugung und Transmissionselektronenmikroskopie. Diese Methoden werden in-situ mit einer zyklischen Beanspruchung kombiniert, um die Verformung der Schichten, sowie mögliche Prozesse wie Kornvergröberung, Delamination, Extrusion- oder Rissbildung zu beobachten. Nur dank dieser unmittelbaren Beobachtung kann zwischen Mikrostruktur- und Grenzflächeneffekten unterschieden werden. Die fortgeschrittenen Methoden und die ausgewiesene Expertise im Bereich der Dünnschichten, bildet die Grundlage der Zusammenarbeit zwischen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Dr. Benoit Merle) und dem Erich Schmid Institut für Materialwissenschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaft (Dr. Megan Cordill). Aus den zum Grenzflächen-abhängigen Versagen gewonnen Erkenntnissen wird eine mechanistische Modellierung erstellt, die zuverlässigere Kriterien zur Planung von ermüdungsbeständigen Dünnschichten ermöglichen soll.

  • Smarte Sensorik in der Schwangerschaft - Ein integratives Konzept zur digitalen, präventiven Versorgung schwangerer Frauen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 30. April 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Gesundheit (BMG)

  • 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

  • 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)

  • Machine Learned Dynamics – Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens von Käfigen mittels maschinellen Lernens im Auslegungsprozess von Wälzlagerungen.

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 31. August 2022
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    URL: https://forschungsstiftung.de/Projekte/Details/MeLD-Machine-Learned-Dynamics-Beruecksichtigung-des-dynamischen-Verhaltens-von-Ka
    Abstract

    Schwingungen können bei Wälzlagern zu einer Beeinflussung der Leistungsfähigkeit
    führen, wenn diese auf die Umgebung übertragen werden und Schäden hervorrufen.
    Damit die Dynamik des Wälzlagerkäfigs bewertet werden kann, sind rechenintensive
    Mehrkörpersimulationen notwendig, die nur von Expertinnen und Experten durchgeführt werden
    können. Ziel dieses Projektes ist eine einfache und zeiteffiziente Ermittlung des
    dynamischen Verhaltens von Wälzlagerkäfigen mithilfe von Machine Learning
    Algorithmen, die auf Basis von zahlreichen, validierten Mehrkörpersimulationen
    trainiert wurden. Die ermittelte Käfigdynamik kann anschließend zur Optimierung
    des Käfigs für den auszulegenden Lastfall hinsichtlich Kriterien wie Reibungs- oder
    Schwingungsverhalten verwendet werden. Aufgrund ihrer Rechenzeiteffizienz
    eignen sich solche Algorithmen für den Einsatz in Industrie 4.0 oder IoT.
    Zu Beginn des Projektes müssen alle relevanten Ein- und Ausgabeparameter für die
    Käfigauslegung wie beispielsweise Geometriemerkmale und die daraus resultierende
    Käfigdynamik identifiziert werden. Darauf aufbauend wird ein Simulationsplan
    erstellt, anhand dessen Zusammenhänge im Parameterraum untersucht werden können.
    Die Ergebnisse der anschließenden Mehrkörpersimulationen bilden die Datenbasis
    für das Machine Learning. Damit eine hochwertige Prognose des Algorithmus
    gewährleistet wird, folgt zuletzt eine Verifizierung anhand der Ergebnisse der
    Mehrkörpersimulation und eine Validierung anhand experimenteller Untersuchungen.

  • 3D diffraktive Elemente durch direktes Femtosekunden-Laserschreiben

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2020 - 28. Februar 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Diffraktive Optische Elemente (DOEs) sind Werkzeuge, um Licht praktisch beliebig zu formen. Sie finden zunehmend Anwendung in vielen Bereichen der Optik, zum Beispiel in der Laser-Materialbearbeitung oder der Bildgebung, wo Prozesse durch DOE-gestützte Parallelisierung um ein Vielfaches beschleunigt werden können.DOEs sind üblicherweise zweidimensional und werden durch Ätzen Mikrometer-großer Strukturen in die Oberfläche von Glasplättchen hergestellt. Für viele Anwendungen wären jedoch auch dreidimensionale DOEs interessant. Solche 3D DOEs könnten aus „Voxeln“ bestehen, die man direkt in das Volumen von Glas einschreibt. Es ist bekannt, dass 3D DOEs eine äußerst hohe Sensitivität gegenüber der Licht-Einfallsrichtung und Wellenlänge aufweisen. Diese herausragende Empfindlichkeit könnte es ermöglichen, eine neue Klasse optischer Elemente zu erzeugen. So wäre es zum Beispiel denkbar, ein miniaturisiertes 3D DOE auf einen in der Mikroskopie üblichen Glas-Objektträger einzuschreiben, wo es die Unterscheidung verschiedener Zell-Typen nur auf Grund einer Analyse von reflektiertem Licht ermöglicht.Zurzeit unterliegt die praktische Realisierbarkeit von 3D DOEs einigen Limitierungen. Zum einen erfordert deren Design ab einem gewissen Komplexitätsgrad enormen rechnerischen Aufwand. Zum anderen fehlen adäquate Fabrikationstechniken, welche die Herstellung der erforderlichen Mirkometer-Strukturen in größeren Glastiefen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit erlauben. Durch unsere Forschungsarbeit wollen wir signifikante Schritte in Richtung der praktischen Realisierbarkeit von 3D DOEs unternehmen. Wir planen die Entwicklung neuer Design-Algorithmen sowie einer neuen Fertigungsstrategie, die den hohen Anforderungen gerecht wird. Unser Ansatz basiert auf parallelisiertem direktem Femtosekunden-Laserschreiben, bei dem viele Voxel gleichzeitig in einem Glasvolumen durch Belichtung mittels Ultrakurzpuls-Laserfokusse erzeugt werden. Im Laufe des Forschungsprojektes wollen wir schrittweise DOEs steigender Komplexität in Form von 2D, vielschichtigen und schließlich 3D designen und herstellen.

  • 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)

  • FVA-Trendstudie "Digitaler Zwilling"

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Juli 2020
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Übertragungsfunktionsbasierte Modelle für Molekulare Kommunikationssysteme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Molekulare Kommunikation (MK) ist ein gerade entstehendes Forschungsgebiet an der Schnittstelle von Natur- und Ingenieurswissenschaften. MK ist die vorherrschende Art der Kommunikation in natürlichen biologischen Systemen. Die Kommunikation zwischen Bakterien beim sog. „Quorum Sensing“ beruht z.B. auf diesem Prinzip. Synthetische MK-Systeme sollen zukünftig die Kommunikation zwischen Nanomaschinen (synthetische oder biologische Objekte mit Abmessungen im Nanometerbereich) ermöglichen und die Kommunikation mit biologischen Systemen erleichtern. Die Information wird bei der MK durch die Eigenschaften von Partikeln, wie Molekülen und Ionen, repräsentiert (z.B. Partikelkonzentration, Zeit der Partikelausschüttung, Partikeltyp). Die Entwicklung einer Kommunikations- und Informationstheorie für MK-Systeme, sowie die Entwicklung von entsprechenden Testbeds zur experimentellen Verifikation befinden sich noch in einem sehr frühen Stadium. In diesem Zusammenhang kommen leistungsfähigen und flexiblen analytischen Modellen und schnellen Simulationsmethoden zur Charakterisierung der räumlich-zeitlichen Verteilung (d.h. der Partikelkonzentration als Funktion von Raum und Zeit) der informationstragenden Partikel größte Bedeutung zu. Solche Modelle und Methoden sind sowohl für den kommunikations- und informationstheoretischen Entwurf von MK-Systemen und deren Analyse als auch für die Entwicklung von (oft sehr teuren) Testbeds unabdingbar. Die existierenden analytischen Modelle für MK-Systeme beschränken sich auf sehr einfache MK-Kanäle und basieren oft auf unrealistischen Vereinfachungen (z.B. keine räumliche Begrenzung, Punktquellen, transparente Empfänger). Darüber hinaus sind die existierenden Simulationsmethoden für MK-Systeme entweder exakt aber langsam (z.B. partikelbasierte Methoden) oder schnell, liefern aber keine Einblicke für den Systementwurf (z.B. numerische Lösung von partiellen Differentialgleichungen), d.h. sie erlauben es nicht den Einfluss der relevanten Kanalparameter (z.B. Rand- und Anfangsbedingungen, Reaktionskonstanten) zu beurteilen. Aus diesem Grund sollen im vorliegenden Projekt leistungsfähige und flexible analytische Modelle für die räumlich-zeitliche Verteilung der informationstragenden Partikel in MK-Systemen entwickelt werden. Die vorgeschlagenen, auf Übertragungsfunktionen basierenden analytischen Modelle erlauben tiefe Einblicke in den Einfluss aller relevanter Systemparameter und ermöglichen eine schnelle numerische Evaluation.Die erwarteten Ergebnisse des Projektes umfassen: (1) Einen neuartigen Ansatz zur Modellierung von MK-Systemen basierend auf Übertragungsfunktionen, (2) Übertragungsfunktionsmodelle („Transfer Function Models“, TFMs) für vier wichtige MK-Beispielsysteme, (3) eine kommunikationstheoretische Charakterisierung der MK-Beispielsysteme, (4) Methoden zur TFM-basierten Parameterschätzung für MK-Kanäle, und (5) eine Software-Bibliothek zur Simulation und Evaluation von MK-Systemen basierend auf TFMs.

  • 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)

  • Qualifizierung und Weiterentwicklung des FMP-Prozesses zur Herstellung von endkonturnahen Halbzeugen in komplexen Geometrien für den Werkzeug- und Formenbau

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Smart Cooling - Neuartiges 3D-Druckverfahren zur Herstellung schnellkühlender und standfester Kunststoffspritzguss-Werkzeuge
    Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Architektur von Nicht-Multiplen Autoencodern mit Nicht-Verlustbehafteter Informations-Agglomeration (Arbeitstitel, noch vorläufig)

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 2. Januar 2020
    Abstract

    Die Kompression von Daten spielt im Datenmanagement nicht erst seit Kurzem eine entscheidende Rolle. Komprimierte Daten lassen sich platzsparender dauerhaft ablegen und effizienter über das Netzwerk versenden. Durch die ständig steigenden Datenmengen erhöht sich die Wichtigkeit guter Kompressionsverfahren jedoch immer weiter.

    Im Rahmen von Projekt Anania (Architektur von Nicht-Multiplen Autoencodern mit Nicht-Verlustbehafteter Informations-Agglomeration) erforschen wir, inwiefern klassische Kompressionsverfahren in relationalen Datenbanken über Verfahren aus dem maschinellen Lernen ergänzt und verbessert werden können.

    Im Fokus des Projektes stehen Autoencoder, die bei tupelweiser Anwendung semantische Zusammenhänge in Relationen erkennen können und so eine weitere Verbesserung bei der Kompression von relationalen Daten versprechen. Auch bilden Kombinationen von Autoencodern und klassischen Kompressionsverfahren einen möglichen Betrachtungsschwerpunkt des Projektes.

    Randbemerkung: Der Name des Projektes "Anania" wurde in Anlehnung an den Schmetterling "Anania funebris" gewählt. Ein Autoencoder erinnert in seiner stilisierten Form stark an die Silhouette eines Schmetterlings mit ausgebreiteten Flügeln, wodurch die Wahl dieses Akronyms passend erschien.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Pacing the Brain at low Cost – Development and Validation of novel electro-conductive Elastomer Multi-Electrode Arrays for Neuroscience

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Excitable tissues, e.g. brain, nerves or muscle,are characterised by their responsiveness to electrical signal transmission.They respond to changes in internal ionic currents or external electric fieldswith modulation of ion channels, intracellular signaling cascades, evenmechanical movement (muscle). Neuroscience research has taught us many conceptsof electro-chemical signal reception, processing and transmission that underliemotor control, neurosensory reception and memory in the brain. For neuroscienceresearch, almost all of our knowledge of the cellular and molecular mechanismsof neuro-circuits and systems regulation has emerged from experimentalapproaches involving isolation of tissue sections (slices) from the brains of animalmodels and keeping these tissue sections viable for several hours inappropriate bioreactor environments. For decades, electrical signals have beenevoked and analysed using micro-pipette based patch and voltage-clamptechniques, where glass capillaries are melted and pulled to fine end tips thatcan be inserted into, or attached onto, neurons to establish electrical contactfor recording of ionic currents. These tedious approaches, while allowingsingle cellular electrical resolution however, were not capable of allowinghigh-content recordings from many cells. As a consequence, multi-electrode-arrays(MEAs) were subsequently developed that included fine arrays of wire electrodesembedded in glass chambers with finely scored grooves, building an external wirednetwork that could be electrically stimulated to create a planar electric fieldto stimulate whole layers of cells within brain slices positioned above theelectrodes. Microscope stage-adapted designs of such MEAs allow large scaleelectrical stimulation of nerve cells and optical recording of cellularreactions in a high content configuration to maximize readouts. However, commerciallyavailable MEAs are usually made from die casting or injection mouldingtechniques using glass materials and wire embedding in a two-stagemanufacturing process, rendering such chambers very expensive and delicate inhandling. Furthermore, commercial MEAs usually offer little flexibilityregarding hardware modifications and are only compatible with the specific interfaceboards and field generators of the MEA suppliers. Costs of about 400 USD perMEA-chamber are not unusual (https://www.multichannelsystems.com/), limiting parallelization and multi user availability in many labs.This becomes even more of a bottleneck considering the fact that from onebrain, usually multiple slices could be processed and recorded at once, if moreaffordable and modular MEA chambers were available. This would also reduceanimal numbers in neuroscience and comply with the 3R concept of reduction,refinement, replacement. An alternative strategy to produce MEAs is reflectedby modern additive manufacturing processes, involving rapid prototyping and3D-printing of transparent polymer materials. As such, polycarbonate with aglass transition temperature of 147 °C can be well printed in a fluidicphase above 155 °C through a nozzle-based cartridge using MakerBots with lower tens of micronaccuracy. The German partner’s (OF) Institute of Medical Biotechnology hassubstantial expertise and experience in design and additive manufacturing oftissue chambers tailored for bioresearch. Apart fromacrylonitrile-butadiene-styrol materials, also polycarbonate and other materialblends have been fabricated in past projects. A novel development that now evenallows to manufacture low resistance electrodes into polycarbonate material isreflected by advanced electro-conductive poly-dimethyl-siloxane elastomersdoped with carbon nanotube particles to create electric conduits in solutionsuitable for external field stimulation (preliminary results). OF has visitedthe Australian partner (AM) in 2018 to explore possibilities for projectscomplementing their expertise. AM is a renowned neurophysiologist and hasworked in the field of electrophysiology and ion channels to studyneurophysiological mechanisms of pain, stroke and learning. More recently, he hasused brain slices of rodent brains to study genetic models of epilepsy. Thecurrent project idea was born through a shortage of affordable and more modularMEA systems that could be flexibly designed and being of tougher material ascompared to glass. Also, the opportunity to include elastomer-based electrodeswould reflect a reduction in electrolysis otherwise seen with metal electrodes.Both partners will benefit from each other’s expertise. OF’s team will designand fabricate new low-cost MEA systems to be validated by AM’s team to increasecontent for multicellular research in brain slices from epileptic mice. OF willreserve one travel slot while planning three travel slots to the partnerlaboratories for PhD students/young academics. We expect a combinedbioengineering-neuroscience publication as basis for follow-up project funding.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • 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)

  • 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)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • B03 (FP3): Einkristalline Co-Basis Superlegierungen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB/TRR 103
    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: https://www.sfb-transregio103.de/

  • A06 (FP3): Miko- und nanomechanische Charakterisierung von Superlegierungen bei hohen Temperaturen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB/TRR 103
    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: https://www.sfb-transregio103.de/

  • 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)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract
    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)

  • 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)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Räumlich aufgelöste Messung des Streukoeffizienten und des Kapillarnetzwerks von Gewebe mit Hilfe eines Random Lasers

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • NanoPhOtonic devices applying SElf-assembled colloIDs for novel ON-chip light sources

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: NanoPhOtonic devices applying SElf-assembled colloIDs for novel ON-chip light sources
    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
    URL: https://poseidon-fet.eu/

  • Film formation for high-voltage insulation materials

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Industrie

  • Development of transparent repellent coatings

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Industrie

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Formation mechanism and stability analysis of liquid marbles

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • Modelling, optimisation and control of Stirlingcycle devices in a port-Hamiltonian framework

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2020

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Effizienzsteigerung kunststoffabbauender Enzyme durch gezielte Veränderung relevanter Protein-Strukturelemente

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Stiftungen

  • Fat and weak? Structural Correlate for Muscle Weakness revealed by Second Harmonic Generation (SHG) Morphometry in Muscle from a Mouse Model of Obesity

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Skeletal muscle is our majoreffector organ system for voluntary locomotion and contributes substantially toour quality of life. Muscle weakness is a symtpom not inherent to one specificdisease but rather to a multiplicity of diseases of various origin, bothhereditary and acquired. This is because muscle performance, i.e. forceproduction, is the final result of a complex activation sequence involvingelectrical, chemical and mechanical components when muscle responds to neuronalsignals. However, muscle is also an organ with an incredible plasticity,responding to exercise, hormones and external factors, like nutrition. The factthat muscle also receives hormonal signals as well as also being a site ofactive ‘myokine’ production embeds it in a concerted multi-organ communicationsystem. In this way, many systemic diseases, e.g. systemic inflammation,cancer, heart disease, etc., are associated with muscle atrophy and weakness.Obesity and diabetes are other systemic metabolic diseases that are oftenassociated with muscle weakness in humans. Type 2 diabetes usually develops asa result of obesity and the pathophysiological mechanisms of insulin resistanceand glucose imbalance are major determinants of abrogated muscle anabolism andgrowth. However, apart from detrimental effetcs on signaling and muscle growth(e.g. atrophy), almost nothing is known about the long-term effects regardingremodelling of muscle cytoarchitecture on the cellular level that may limitmaximum cellular force production.

    The German partner has introducedand optimized sophisticated label-free multiphoton-based morphometrytechnologies applying Second HarmonicGeneration (SHG) imaging and structural analysis and classification ofmyofibrillar lattice orientation in single fibres from muscles of variousdisease (animal) models (e.g. Duchenne muscular dystrophy, desminopathy, etc.).More recently, he and his team even obtained force and structure simultaneouslythrough bioengineering of innovative systems technologies applicable to muscletissue and cells. The American partner is a renowned neurologist and researcherwho has developed novel minimally invasive diagnostic tools to assessneuromuscular health and muscle performance in humans and animals in vivo. Much of his research involvesthe application of electrophysiological measures, imaging modalities, andinnovative bioengineering approaches to diagnose and treat such disorders.These techniques include electrical impedance myography, quantitativeultrasound, magnetic resonance imaging, and nerve and muscle excitabilitytechniques. He is also interested in studying mechanisms of diseasepathogenesis and testing new therapeutic agents that can improve function andhealth. In the Rutkove lab, a current focus is in the area of obesity anddiabetes-induced muscle dysfunction involving the so-called BKS db mouse modelthat is used to model phases I to III of type II diabetes and obesity. Micehomozygous for the diabetes spontaneous mutation (Leprdb) manifest morbidobesity, chronic hyperglycemia, pancreatic beta cell atrophy and hypoinsulinemia.Obesity starts at just 3 to 4 weeks of age.

    Both partners are ideallysuited to complement each other to investigate the origin of weakness inobesity-related diabetic muscle dysfunction, both in regard to short-termsignaling and excitability and the long-term structural remodeling aspect ofmyopathy to obtain a holistic picture of muscle weakness. During bilateralproject visits, the German team will obtain muscle samples from BKS db mice atdifferent ages and severity of obesity and diabetes from which the Americanpartner has obtained quantitative measures using motor nerve and direct musclestimulation. The latter techniques can be taught to the German partner for knowledgetransfer, while the German partner will apply muscle fixation and opticalclearing protocols for subsequent label-free multiphoton SHG imaging and morphometryin 3D. Those will be performed at the German partner’s institution and alsoduring visits by the American partner and his team members (additional fundingwill be sought by the US side to support such visits).

    To support one visit by theAmerican partner, the FAU Visiting Professorship Program is currently beingapplied for on the German side (application submitted by OF, May 2019). TheGerman team will include two short-term visits by the German PI (OF) to developthis new collaboration and to prepare and supervise the PhD student andPost-Doc together with the American partner. It will involve focused planningand transfer of muscle samples for SHG morphometry back in Germany and whilebeing at the Harvard host, connecting with interdisciplinary seminarpresentations, and preparation of joint grant initiatives.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Automatisierte Lokalisierung von Mobiltelefonen verschütteter Personen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Sensor Systeme zur Lokalisierung von verschütteten Personen in eingestürzten Gebäuden (SORTIE)
    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Produktgestaltung disperser Systeme

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2023
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: https://www.crc1411.research.fau.eu/
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Zuverlässigkeitsbewertung für Multi-Sensorsysteme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    Zukünftige 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.

  • Nanopartikuläre metallorganische Gerüstverbindungen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB 1411: Produktgestaltung disperser Systeme
    Laufzeit: seit 1. Januar 2020
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Elektromechanisch gekoppelte Balkenmodelle for dielektrische Elastomerstapelaktoren

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • Frequenzselektive FM-Empfängerarchitekturen zur Steigerung der Sicherheit in der zivilen Luftfahrt

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 30. Juni 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    PassiveRadartechnologie stellt eine vielversprechende Ergänzung zu herkömmlichenRadarsystemen dar. Mit steigendem Druck aus Wirtschaft und Politik dasbegrenzte Spektrum, der für Telekommunikation und Ortung begrenztenFrequenzbänder vollumfänglich zu nutzen, steigt das Interesse an dieserTechnologie.

    Ziel diesesForschungsvorhabens ist es die Technologie der Ortung durch passiveRadartechnik für die Nutzung in der zivilen Flugsicherung in Deutschland zuetablieren und neue Anwendungsbereiche zu erschließen.

    Zur Verbesserungder Detektionsleistung werden verschiedene Möglichkeiten zum Aufbau einesfrequenzselektiven Analogempfängers für das FM-Band erarbeitet und in einbestehendes Passivradarsystem integriert. Für eine höchstmögliche Sensitivitätist dabei eine Filterung in verschiedenen Stufen des Empfängers unumgänglich.Diese muss jedoch, zusammen mit den frequenzumsetzenden Stufen, imGesamtsystemkontext evaluiert werden, um die Signalqualität, auch durchmögliche Imperfektionen der anlogen Realisierung, nicht zu degradieren. Füreine anschließende Verwertungsmöglichkeit ist ebenso auf eine optimale Balancezwischen Schaltungsaufwand, Kosten und Kompaktheit des Empfängers zu achten.Dazu werden die zu entwerfenden Empfängerarchitekturen zuerst inSystemsimulationen untersucht und bezüglich der Anforderungen aus der Anwendungbewertet. Anschließend erfolgt ein prototypischer Aufbau dervielversprechendsten Konzepte mit messtechnischer Verifikation derEinzelkomponenten und Evaluierung des Gesamtsystems in einem Feldtest.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Speedy Structure? SHG Morphometry in 'gene-of-speed' Muscle

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    Skeletal muscle defines our motoric quality of life. Although most muscle diseases, either inherited or acquired, present with reduced muscle performance and clinical weakness, some other genetic mutations can come along with gain-of-function or modified fine-tuning towards a specific performance regime. The actn3 gene encodes for alpha-actinin-3, an isoform of a-actinin inherent to fast-twitch skeletal muscle. The protein ACTN3 belongs to the cytoskeleton protein family of actinins that mechanically stabilize the actin filaments at the z-disks. ACTN3 is exclusively expressed in fast-twitch type-II, i.e. glycolytic, skeletal muscle fibres while ACTN2 is expressed in all fibre types. About 20% of the world population presents with a common nonsense polymorphism in the actn3 gene that completely blunts ACTN3 expression in fast fibres. However, this mutation is not associtaed with a disease phenotype, but rather with a genetic predisposition towards enudrance performance and cold pre-acclimatization of fast muscle (Head et al. 2015, PLoS Genet). This phenotype is not associated with molecular switches in the expression of slow myosin isoforms in fast muscle but more with metabolic changes and changes in Ca2+ homeostasis that resemble the slow muscle, i.e. oxidative, phenotype. However, since ACTN3 is also a structural cytoskeletal protein, the question arises whether altered structural cytoarchitecture in 3D might be associated with the aforementioned changes that would render myofibrillar architecture more disordered and thus, limit maximum force in actn3 null fast muscle to that seen in more ordered slow muscle. Also, since actn2 is also upregulated in the null fibres, there is currently no information available of whether an intrinsic genetically enforced upregulation of actn2 may also be responsible for cytoarchitectural changes. Multiphoton Second Harmonic Generation (SHG) microscopy in conjunction with quantitative morphometry of muscle cytoarchitecture in single fibres and whole muscle using optical clearing techniques (all having been established in the labs of the German partner) is suggested to be a suitable and feasible set of tools to address this question in a focussed international collaborative research project.

     

    The specific scientific goals during this collaboration initiative are:

     

    1)         To assess the 3D cytoarchitecture of the myofibrillar lattice of single EDL muscle fibres from adult and old ACTN3 KO mice using Second Harmonic Generation microscopy. The ultrastructural parameters cosine angle sum (CAS) and Vernier Density (VD) will be assessed at those two ages to quantify cellular remodeling related to the null mutation and age. Single soleus (SOL) muscle fibres will serve as internal controls expressing predominantly ACTN2 as well as from wt EDL muscle fibres expressing predominantly ACTN3.

    2)      To assess the 3D cytoarchitecture and intercellular collagen fibril distribution of the extracellular matrix in whole EDL muscles following optical clearing with thiodiethanol (TDE) protocols (established at the German partner’s labs). SOL muscles will serve as control, as well as wt EDL muscles.

    3)      To correlate structural cytoarchitecture data with direct isometric force recordings in single fibres from ACTN3 KO fibres. Control wt results have been already obtained in a current study of the German partner using a novel engineered MechaMorph system to combine biomechatronics with SHG recordings.

  • 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

  • COFFEE - Kollaboratives Vergessen für die Produktentwicklung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1921: Intentional Forgetting in Organisationen.Mechanismen des Vergessens als Anpassungsleistungen von Organisationen an eine Umweltstetig wachsender Informationsmengen
    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: http://www.spp1921.de:8442/projekte/p8.html.de
    Abstract
    Die Entwicklung technischer Produkte ist in der der Regel eine kollaborative Tätigkeit, bei der Wiederverwendung und Adaption von Produktmodellen den Aufwand reduzieren kann. Für die Adaption von Produkten im Team ist das Erfassen von Design Rationale effektiv, allerdings erfordert nicht nur die gemeinsame Erweiterung der Modelle, die durch existierende Methoden für Design Rationale unterstützt wird, sondern auch das Entfernen von Teilen der Wissensbasis, die nicht mehr relevant sind oder in Konflikt stehen. Diese Art von Intentional Forgetting (IF) ist schwierig, da Produktmodelle aus vielen Baugruppen und Bauteilen bestehen, die in Abhängigkeit zueinanderstehen. Somit sollte IF weder zu viel als auch zu wenig löschen und unter Umständen rückgängig gemacht werden können. Während EVOWIPE (Phase 1) erfolgreich IF-Methoden aufgezeigt und umgesetzt hat, erfordert die Arbeit im Team Methoden zu Collaborative Forgetting:
    • Design Rationale and IF: Weder das Ingenieurwesen noch die Informatik sehen Methoden vor, um Gründe für etwas zu erfassen, das verworfen wurde. So könnten Teammitglieder versehentlich wieder einführen, was zuvor verworfen wurde. Wie können wir die Gründe für das Vergessen erfassen und darstellen?
    • Unterschiedliche Granularitätsebenen und IF: Kollaboratives Engineering muss Kompromisse zwischen verschiedenen Anforderungen finden. Wie können wir Kompromisse durch partielles Vergessen herstellen?
    • Kooperatives Arbeiten und IF: Kooperative Umgebungen behandeln Konflikte bei der Modellerweiterung. Verwobenes, kompliziertes Vergessen wird in bekannten kooperativen Umgebungen nicht unterstützt. Wie können wir Designs gleichzeitig hinzufügen und entfernen und dabei Inkonsistenzen vermeiden?

    COFFEE stellt Grundlagenforschung über neuartiges kollaboratives Vergessen dar, das Ingenieure bei der Entwicklung von Produktmodellen in Teams mit anspruchsvoller Wiederverwendung und Anpassung unterstützt. COFFEE wird die erfolgreichen ontologiebasierten Wissensrepräsentationen von EVOWIPE erweitern.

  • Energy Conversion Systems: From Materials to Devices

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 30. Juni 2024
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Abstract

    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.

  • Konzeptentwicklung zur Bedatung (Parameteridentifikation) Biomechanischer Menschmodelle auf Basis von Messungen im Bewegungsanalyselabor

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • 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)

  • Energie-, Latenz- und Resilienz-gewahre Vernetzung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1914 „Cyber-Physical Networking (CPN)
    Laufzeit: seit 1. Januar 2020
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: https://www.nt.uni-saarland.de/project/latency-and-resilience-aware-networking-larn/

  • Technologieentwicklung und Herstellung von SiC-basierten (V)UV-Photodioden mit Ionenimplantierten p-Emitter

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract
    Ein neues Herstellungsverfahren für SiC-basierte (V)UV-Photodioden mit einem ionenimplantierten Emitter wird entwickelt. Besonderer Fokus liegt auf Photodioden, deren Sensitivität bis Wellenlängen unterhalb von 200 nm (Vakuum-UV) reicht. Dafür ist ein flacher p-Emitter erforderlich, dessen prozesstechnische Umsetzung mittels einer Aluminiumimplantation untersucht wird. Durch Anpassung der Implantationsenergien, -dosen, -winkel und Streuoxiddicken soll das bei der Ionenimplantation in SiC auftretende Channeling minimiert und eine geringe Emittertiefe erreicht werden. Im Zuge dessen wird ebenso das Diffusionsverhalten von flachen Aluminiumdotierprofilen in SiC untersucht. Das Ausheilen der durch die Implantation auftretenden Strahlenschäden soll durch eine Anpassung bestehender Prozessschritte sowie durch zusätzliche Maßnahmen optimiert werden. Dies soll einer Verbesserung der Ladungsträgerlebensdauer besonders im Gebiet der oberflächennahen Raumladungszone dienen. Der dafür und für das Aktivieren des implantierten Aluminiums eingesetzte Hochtemperaturschritt kann Kohlenstofffehlstellen erzeugen, welche als Rekombinationszentren ebenso die Ladungsträgerlebensdauer negativ beeinflussen. Untersuchungen zur Minimierung dieser Fehlstellen werden unternommen. Die Oxidation von SiC und die TEOS-Abscheidung werden als Prozessmöglichkeiten zum Aufbau der SiO2-Antireflexschicht verglichen. Die Homogenität der Diodensensitivität über dem Wafer sowie der Einfluss auf die Grenzflächendefektdichte werden in diesem Zusammenhang untersucht. Weiterhin werden neuartige Designvariationen analysiert, wie z.B. eine Fingerstruktur des Emitterkontaktes, um einen eventuell auftretenden hohen Serienwiderstand bei flachen Emittern zu reduzieren. Die Auslegung der Prozessparameter wird durch analytische und numerische Bauelementsimulation unterstützt. Zugleich werden die Ergebnisse der Experimente in die Verbesserung der Simulationsmodelle einfließen.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Development of Composite Powders

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2019 - 1. Dezember 2020
    Mittelgeber: Industrie

  • Entwicklung eines innovativen Metallpulversystems für die additive Fertigung; Teilprojekt: Wissenschaftliche Untersuchung der Verarbeitbarkeit modifizierter, wasserverdüster Metallpulversysteme beim Laserstrahlschmelzen im Pulverbett

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2019 - 30. April 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Multiskalen Modellierung und Simulation ferroelektrischer Materialien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2019 - 30. November 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Chin.-Deutsch. Symposium über "Defect Engineering in SIC Device Manufacturing - Atomistic Simulations, Characterization and Processing"

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 10. November 2019 - 14. November 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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-entlan
    Abstract

    Die 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. 

    Im Jahr 2020 haben wir mit der ersten Pilotierung der Konzeption zur Automatisierung des Feedbacks im Übungsbetrieb der Einführungsveranstaltung in die Informatik begonnen. Dazu wurden die Rückgabewerte der JUnit-Tests von Abgaben analysiert und erste mögliche Fehlerquellen untersucht. Im nächsten Schritt soll eine Möglichkeit ausgeearbeitet werden, wie auf Grundlage dieser Rückgabewerte auf Programmierfehler oder Fehlvorstellungen der Studierenden geschlossen werden kann. Ziel dieser Bemühungen ist es schließlich, den Studierenden ein automatisch generiertes, kompetenzorientiertes Feedback zu ermöglichen, welches ihnen nach Abgabe der Programmieraufgaben (oder ggfls. schon während der Erarbeitungsphase) zur Verfügung steht. Das Feedback soll aufzeigen an welcher Stelle Fehler im Programmcode auftraten sowie auf mögliche Ursachen hinweisen.

    Im Hinblick auf eine Begegnung von Heterogenität haben wir im Jahr 2020 die Inhalte des Repetitoriums für Informatik (RIP) dem bayerischen Lehrplan verschiedener Schularten gegeübergestellt. Die Inhalte sollen anschließend so angepasst werden, dass StudienanfängerInnen unterschiedlichster Bildungszweige gleiche Chancen haben, mittels des Repetitoriums mögliche Defizite zu erkennen und diese zu beheben. Außerdem wurde im Wintersemester 2020 während der Repetitoriumswoche erstmalig eine tägliche Programmiersprechstunde eingerichtet, in der es den TeilnehmerInnen möglich war Fragen zu stellen sowie Feedback zu den Aufgaben zu erhalten.

  • 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-artenvielfalt
    Abstract

    Dieses 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.

  • 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)
    Abstract

    Aufgrund von Größeneffekten, hohen Werkzeugbeanspruchungen und Handhabungsschwierigkeiten ist die Kaltmassivumformung von Zahnrädern für Module m 

  • Intelligent-geregelte additive Prozesskette mittels simulativ und experimentell ermittelten Bauteil-, Werkstoff- und Prozessdaten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Koalgebraische Modellprüfung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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/
    Abstract
    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.

  • Im Rahmen des Projektes soll eine nicht-invasive Methodik zur Früherkennung von Plattenepithelkarzinomem (PEC) des oberen Aerodigestivtraktes entwickelt werden.

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 31. März 2022
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)

  • Optimierte LOPAN-Decodierung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • Optimierung von Multi-Access Edge Computing (MEC) für Netzwerk-abhängige Dienste

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023
    Abstract

    Perspektivisch 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 Virtual Reality zu realisieren. Hierzu folgen der 5G Mobilfunkstandard und zukünftige Netzwerktechnologien in ihrem Design zunehmend dem Data-Centric Paradigma, in dem unter anderem auch die steigende Relevanz von direkter Gerätekommunikation eine 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 verteilen Edge Knoten. MEC Instanzen können beispielsweise nah an Basisstationen angesiedelt sein, um Anwendungen mit besonderen Anforderungen, wie geringe Latenz, geringvarianter Jitter, hohe Bandbreiten oder Datenschutzanforderungen nah am Endgerät zu bedienen. Mit der Zeit werden Services enstehen, deren Komponenten buchstäblich überall und verteilt 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 User Equipment (UE), betrieben werden. Auch Multi-Level MEC Konstellation sind möglich. Ein homogener Technologie-Stack, der das Cloud-Computing erweitert, ermöglicht eine Daten-zentrische Architektur, die gleichzeitig strenge Service-Anforderungen berücksichtigen kann.

    Die enstehende Architektur kann dabei aus zwei Perspektiven betrachtet werden. Mit Blick auf die Netzwerkkommunikation sind MEC Resourcen über nur wenige Links bzw. Hops erreichbar. Durch diese geographische bzw. topologische Nähe werden die Links nicht überlastet, was in den genannten Performance-Vorteilen resultiert. Mit Blick auf die bereitgestellten Services, kann ein MEC-Orchestrator dynamisch Service Deployments auf Rechenknoten auf die jeweils aktuelle Situation anpassen und Ressourcen in die Topologie einbinden oder beispielsweise zur Einsparung von Energie entfernen. Neben Orchestrationsentscheidungen führt auch die Fortbewegung von Teilnehmern zu einer Änderung der Netzwerktopologie. Um das volle Potential von MEC auszuschöpfen und somit auch Dienste betreiben zu können, die auf MEC Resourcen angewiesen sind, müssen beide Perspektiven sinnvoll miteinander kombiniert werden.

    In statisch aufgebauten Umgebungen lassen sich MEC Resourcen meist gut vorausplanen. Eine Herausforderung wird es insbesondere, wenn die genannten dynamischen Topologieänderungen oder Mobilität der UEs das Gesamtsystem beeinflussen. Eine der Kernfragen, die sich stellt, ist: Können die Kommunikationsanforderungen von MEC-abhängigen Diensten, die zur reibungslosen Umsetzung des Dienstes nötig sind, zu jedem Zeitpunkt eingehalten werden? 

    Das Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Auswahl der besten MEC-Resourcen, zum Beispiel aus UE Sicht, sowie den, aus Netzwerksicht, besten Lokationen für Orchestratoren, um die Dienste bereitzustellen. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf der aktuellen Netzwerk- und Topologiesituation in Kombination mit den strengen Kommunikationsanforderungen von Diensten, die MEC-Resourcen benötigen. Es werden Strategien und Algorithmen, beispielweise auf Basis von Graphen, entwickelt, implementiert und evaluiert. Eine Verifikation findet durch system-level Simulationen und realen Einsatz statt.

  • 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)

  • Cyberkriminalität und forensische Informatik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 31. März 2024
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    URL: https://www.cybercrime.fau.de-
    Abstract

    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.

  • HiFlySens -- Sensorik mit hoher örtlicher Auflösung mittels optisch angetriebener Mikropartikel im Kern hohler photonischer Kristallfasern

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Biomarkers for immunotherapy in multiple sclerosis patients

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    Multiple 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.

  • 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/kiss
    Abstract

    Das 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

  • Verbundprojekt: Erforschung innovativer Leistungstransistoren auf Basis des neuartigen Materialsystems Aluminiumnitrid - ForMikro-LeitBan; Teilprojekt: Innovative Charakterisierungsverfahren zur Identifikation Bauelement kritischer Materialdefekte

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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.eu
    Abstract
    Highly 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.

  • Low-Power Low-Memory Low-Cost EKG-Signalanalyse mit ML-Algorithmen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • 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)
    Abstract

    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“.

  • Durchgängiges rechnerautomatisiertes Toleranzmanagement in frühen Produktentwicklungsphasen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    Im vorangegangen Forschungsprojekt „Toleranzmanagement in frühen Produktentwicklungsphasen“ wurden grundlegende Methoden zur frühzeitigen Toleranzbetrachtung erarbeitet und die Ergebnisse aus deren Anwendung untereinander sowie mit den Tätigkeiten des konventionellen Vorgehens verknüpft. Da das Potential und die universelle Anwendbarkeit dieser Ansätze maßgebend vom hinterlegten Konstruktions- und Tolerierungswissen abhängen, fokussiert das vorliegende Vorhaben neben der Weiterentwicklung der Methoden die zielgerichtete Bereitstellung relevanter Daten. Hierzu werden die bereits in der ersten Phase des Vorhabens erarbeiteten Robust Design- und Toleranzmanagementmethoden erweitert sowie neue erforscht, um den Konstrukteur stringent bei der toleranzgerechten Produktentwicklung zu unterstützen. Dabei besteht die wissenschaftliche Herausforderung in der Automatisierung des durchgängigen Vorgehens, die dazu beiträgt, anwenderunabhängig zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Das hierfür zu erarbeitende, übergeordnete Datenmanagement erlaubt dabei eine konsistente Verwaltung der für den Tolerierungsprozess relevanten Informationen aus der Produktentwicklung von der Planungs- bis hin zur Ausarbeitungsphase. Durch das Hinterlegen von Regeln (wie z. B. Inferenzen bei Ontologien) lässt sich bereits in frühen Produktentwicklungsphasen relevantes implizites Wissen nutzen und der Prozess so automatisieren. Damit ermöglicht die Methodik ohne erheblichen Zusatzaufwand durch die enge Verknüpfung mit dem Produktentwicklungsprozess bereits vor der Ausarbeitung eine Absicherung des Toleranzkonzepts und trägt so zur Vermeidung aufwändiger Iterationen gegen Ende der Produktentwicklung bei.

  • BRAIn mechaNIcs ACross Scales: Linking microstructure, mechanics and pathology

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Emmy-Noether-Programm (EIN-ENP)
    URL: https://www.brainiacs.forschung.fau.de/
    Abstract

    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.

  • Kommunikation und Sprache im Reich. Die Nürnberger Briefbücher im 15. Jahrhunddert: Automatische Handschriftenerkennung - historische und sprachwissenschaftliche Analyse

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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 und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013), Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) (seit 2018)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Maßnahme zur Gewinnung von Informatiklehrkräften für das neue bayerische Gymnasium

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2022
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Unterricht und Kultus (seit 2018)

  • Automatisiertes Rangieren von Fahrzeuggespannen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2022
    Mittelgeber: Industrie

  • Machine Learning for Engineers – Introduction to Methods and Tools

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2020
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern
    Abstract

    This 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.

  • Forschungspreis Prof. Dr. Stefano Zapperi

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. August 2020
    Mittelgeber: Alexander von Humboldt-Stiftung

  • 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)
    Abstract
    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.eu
    Abstract

    Ökonomische, 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.

  • 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)

  • High order variational integrators for continuum mechanics, constrained mechanical systems and optimal control

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 15. August 2019

  • Biomechanisches Assessment und Simulation

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2019 - 1. August 2022
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    The 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.

  • Wirkanalyse von Selbstheilungsmechanismen für thermoplastische, mediendichte Spritzgussgehäuse - SelHG

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Januar 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Fügen additiv gefertigter Bauteile mittels Schweißverfahren zur Individualisierung von Serienbauteilen (FAB-Weld)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2019 - 31. Juli 2022
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung

  • 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

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Haftfeste CVD-Diamantschichten auf Gleitringen aus Stahl

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract
    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.

  • Konstruktive Auslegung wandlungsfähiger Fügeverbindungen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten
    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2023
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    URL: https://trr285.uni-paderborn.de/
    Abstract

    Das Teilprojekt B05 verfolgt das Ziel, eine ganzheitliche Konstruktionsmethode bereitzustellen, die den Produktentwickler befähigt, in der Entwurfsphase sowohl die Gestalt von Fügeteil und Fügestelle festzulegen als auch die Fügeverbindung selbst auszuwählen und rechnerisch zu dimensionieren. Dafür wird ein für den Konstrukteur handhabbares, analytisches Formelwerk sowie ein wissensbasierter Gestaltungsprozess erforscht werden, mit dem die Anforderungen der Fertigung, aber auch der Beanspruchungsgerechtheit berücksichtigt werden können. Unterstützt wird hierdurch vor allem die frühe Phase der Produktentwicklung, noch vor der gestaltgebenden Phase bzw. dem Vorliegen ausdetaillierter CAD-Produktmodelle. Die zentrale wissenschaftliche Herausforderung des Teilprojekts besteht darin, die Methode zur konstruktiven Auswahl und Auslegung mechanischer Fügeverbindungen einerseits handhabbar zu halten und andererseits so anpassungsfähig zu gestalten, um auch verschiedene Fügeverfahren flexibel und robust in wandlungsfähigen Prozessketten auslegen zu können. Um dies zu erreichen, sind Methoden zu erarbeiten, die es erlauben, aus mathematischen Metamodellen analytische Auslegungsformeln abzuleiten. Grundlegend untersucht wird zudem die Erzeugung von aussagekräftigen mathematischen Metamodellen auf Basis experimentell und simulativ gewonnener Daten. Dies stellt aufgrund der Begrenztheit der zugrundeliegenden Daten gegenüber der bekannten, auf großen Datenmengen basierenden Metamodellierung eine besondere Herausforderung dar. Aus Sensitivitäts- und Robustheitsanalysen an den Metamodellen ergeben sich relevante und nicht-relevante Parameter als Basis für die Modellreduktion. Diese sind ferner abzugrenzen in vom Konstrukteur direkt beeinflussbare Parameter (Merkmale) und sich daraus ergebende Parameter (Eigenschaften). Neben der Ermittlung der relevanten Konstruktionsparameter stellt die Betrachtung der geometrischen Gestaltung einen weiteren Fokus des Teilprojekts dar. Die geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten und -restriktionen, die sich beispielsweise aus den Anforderungen der Fertigung, aber auch für eine kraftflussgerechte Gestaltung ergeben, sollen dazu in eine Wissensbasis überführt werden. Auf den Ergebnissen der Parameterabstraktion und der Gestaltungsrestriktionen aufbauend ist ein konstruktionsmethodischer Entwicklungsprozess zu strukturieren, der die relevanten Auslegungskriterien wie beispielsweise Steifigkeit, Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit der Verbindung gewichtet und die vom Konstrukteur zu unternehmenden Schritte definiert. Zur Kontrolle der Zielerreichung wird der erarbeitete Konstruktionsprozess am Beispiel des Clinchens zweier gleichartiger Metalle unter statischer Last auf seine Handhabbarkeit hin evaluiert. Nach Abschluss des Vorhabens steht damit eine Konstruktionsmethode zur Verfügung, welche der Wandlungsfähigkeit mechanischer Fügeverbindungen sowie der Robustheit und Übertragbarkeit auf weitere Verfahren Rechnung tragen kann.

  • Application of an IsoStretcher biomechatronics platform and engineering of a novel palallelised MultiStretcher technology for studies of cardiac mechano-signalling in HL-1 atrial cardiomyocytes

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2022
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 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 2022
    Abstract

    The 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.

  • Entwicklung eines lernenden Umwandlungs- und Dilatometermodells zur virtuellen Prozessauslegung von Presshärtprozessen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. September 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: http://pleione.lft.uni-erlangen.de/forschung/projekte/entwicklung-eines-lernenden-umwandlungs-und-dilatometermodells-zur-virtuel
    Abstract

    Ziel 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.

  • Hilfsfügeteilfreies Fügen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: 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/

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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

  • Charakterisierung der molekularen Diffusion in Flüssigkeiten mit gelösten Gasen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 31. März 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • Vorbereitung eines Projektantrages mit dem Titel "Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen" innerhalb des Sonderforschungsbereichs "Katalyse an flüssigen Grenzflächen"

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2020

  • 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)

  • Intern. wissenschaftliche Veranstaltung: "Laser in der Produktionstechnik 2019" vom 24.06. - 27.06.19 in München

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 24. Juni 2019 - 27. Juni 2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Kombinierte Form- und Topologieoptimierung für elektro-magnetisch gekoppelte intelligente Materialien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. Juni 2019 - 14. Juni 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Processing Heterogeneous Assets and Resources to discover Ontologies and Semantics

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Juni 2019
    Abstract

    Der 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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • HF Komponenten und Systeme auf Basis stark skalierter Metalloxid TOLAE-Technologien (Originaltitel in englischer Sprache)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: High Frequency Flexible Bendable Electronics for Wireless Communication Systems
    Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://fflexcom.de/
    Abstract

    Alternating-Contact Dünnschichttransistoren (ACTFTs)ermöglichen neue Freiheitsgrade für Bauelementeoptimierung und -einsatz. DiesesProjekt zielt speziell auf Möglichkeiten zur kostengünstigen Realisierung vonflexiblen RF-Schaltungen durch den Einsatz von kurzkanaligen ACTFTs mitselbstjustierten Kontakten ab. Mit den beiden Lehrstühlen für ElektronischeBauelemente sowie Technische Elektronik der FAU Erlangen-Nürnberg arbeiten zweiausgewiesene Einrichtungen der Halbleiterelektronik und RF-SchaltungstechnikHand in Hand an der integrierten Entwicklung von RF-Schaltungen und Systemen.Auf Basis von Metalloxid-ACTFTs werden Schlüsselkomponenten von Empfängern undSendern (z. Bsp. rauscharme Verstärker, Oszillatoren oder Mischer) aufflexiblen Substraten implementiert. Es werden neue Perspektiven für dünne,flexible Anwendungen in Industrie-, Consumer- sowie textiler/tragbarerElektronik aufgezeigt.

  • 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)

  • Ein mechano-geometrischer Ansatz zu Charakterisierung makromolekularer Ensembles

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. März 2022
    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)

  • 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)

  • Deep-Learning basierte Segmentierung und Landmarkendetektion auf Röntgenbildern für unfallchirurgische Eingriffe

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 6. Mai 2019
    Mittelgeber: Siemens AG

  • 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)

  • Schmelzedynamik in der Remote-Laserstrahlmaterialbearbeitung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2019 - 30. April 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)

  • 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

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • Formale Verifikation in der Fertigungsautomatisierung (Projektabschnitt B1)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. April 2019 - 14. April 2020
    Mittelgeber: Siemens AG

  • Novel Biopolymer Hydrogels for Understanding Complex Soft Tissue Biomechanics

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
    URL: https://www.biohydrogels.forschung.fau.de/
    Abstract

    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.

  • ICONOGRAPHICS: Computational Understanding of Iconography and Narration in Visual Cultural Heritage

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
    Abstract

    The 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:

    1. The Annunciation of the Lord
    2. The Adoration of the Magi
    3. The Baptism of Christ
    4. Noli me tangere (Do not touch me)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Trajektorienplanung für Off-Road-Fahrzeuge

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 31. Oktober 2021
    Mittelgeber: Industrie

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • MAVEHA: Automated Fetal and Neonatal Movement Assessment for Very Early Health Assessment

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 30. April 2023

  • Modulare verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer nachbaraffiner Systeme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • Nachgiebigkeit für ein Roboterassistenzsystem

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Industrie

  • Erfolgsmethoden zum Management von Open-Source-Gemeinden

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)

  • 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 2022
    Abstract

    This 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.

  • 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

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/810316
    Abstract

    Due 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.

  • 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)

  • Advanced C++ Programming/ Fortgeschrittene C++ Programmierung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2019 - 29. Februar 2020
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern
    Abstract

    Aufbauend 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

  • Domänenmodellierung Mittels Qualitativer Datenanalyse

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Fertigungssimulation - Materialauswahl und -charakterisierung dieser für den Aufbau numerischer Simulationsumgebungen für die Prozessanalyse und der zu entwickelnden Hybridformprozesse

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: OPTIMUM - Ökonomische Tür in Multi-Materialbauweise
    Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    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.

  • Filterbanksysteme für die Interferenzunterdrückung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2019 - 31. August 2020
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 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

  • CAD-Features zur Beschreibung physischer Mensch-Maschine Interaktionen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Juli 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Störgeräuschreduzierung für Hörgeräte mittels Deep Learning

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Januar 2022
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

     
    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=267
    Abstract

    Leichtbaumaßnahmen 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.

  • 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)

  • Lernende Methoden mit Konfidenzmaß für die Digitalisierung manueller Arbeitsprozesse auf geringer Datengrundlage

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Industrie
    URL: http://lze.bayern

  • 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)
    Abstract

    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 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/401324164?language=de
    Abstract

    Unterschiedliche 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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • DFG-Antragsvorbereitung: ACoF

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 15. Januar 2019 - 14. April 2020
    Abstract
    Angtragsvorbereitung für Antrag auf Sachbeihilfe bei der DFG mit dem Titel "ACoF: Approximate Computing on FPGAs".

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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=265
    Abstract

    Ziel 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.

  • Theoretische Grenzen und algorithmische Verfahren verteilter komprimierender Abtastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. Juni 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    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.

  • PPP Brasilien 2019

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • PPP Australia - Industry 4.0 - Robophotonics and Systems Engineering

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • Inflammatory Pain - Control of Immune Cell Nicotinic Receptor Signaling

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)

  • Anwendung des Taumelns zur Herstellung maßgeschneiderter Halbzeuge für den industriellen Einsatz

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen - Blechmassivumformung
    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. März 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Weak by the Matrix - Muscle Dystrophy

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • Maßgeschneiderte Werkzeugoberflächen im industriellen Umfeld

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen - Blechmassivumformung
    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. März 2021
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
    URL: https://www.tr-73.de/

  • MyoRobot automated Biomechatronics Technology for higher Education and Teaching

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Nachweis und Auslotung nichtklassischer Kristallisationsprozesse in calciumcarbonat-basierten paläoklimatischen Archiven

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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/

  • Multikriterielle Bewertung in der Produktentwicklung – Computerunterstützter Bewertungsprozess von Lösungsvarianten hinsichtlich aller Anforderungen aus dem Produktlebenszyklus

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. September 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/400342876
    Abstract

    Die zunehmende Individualisierung aufgrund kundenspezifischer Anforderungen sowie die enorme Komplexität moderner Produkte führen zu stetig steigenden Herausforderungen in der Produktentwicklung. Die zentrale Aufgabe von Produktentwicklern besteht darin, die stetig steigenden Anforderungen aus dem Produktlebenszyklus an technische Produkte zu erfüllen. Dazu ist eine multikriterielle Bewertungen von Lösungsvarianten in der Produktentwicklung (z. B. verschiedene Konzepte, Entwürfe, Ausarbeitungen) von großer Bedeutung. Allerdings besteht dabei gegenwärtig die Gefahr, dass entscheidende Anforderungen bei der Bewertung der alternativen Lösungsvarianten nicht oder nur unzulänglich berücksichtigt werden und so die Produktqualität leidet. Die übergeordnete Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist ein multikriterieller, computerunterstützter Bewertungsprozess von Lösungsvarianten hinsichtlich aller Anforderungen aus dem Produktlebenszyklus. Dabei ist das erste Teilziel die mathematische Beschreibung der Relationen zwischen allen Anforderungen sowie den daraus abgeleiteten Bewertungskriterien und den dazugehörigen Produkteigenschaften und -merkmalen. Das darauf aufbauende zweite Teilziel ist die Entwicklung von computerunterstützten Methoden zur Analyse, Visualisierung und Bewertung von Lösungsvarianten durch Wertfunktionen zur quantifizierten Beschreibung der Relationen zwischen Anforderungen, Produkteigenschaften und -merkmalen. Dies ist insbesondere für die zielgerichtete und systematischere Bewertung und Entscheidungsfindung in den unterschiedlichen Entwicklungsphasen nützlich. Der wissenschaftliche Anspruch ist hierbei die Entwicklung einer Vorgehensweise mit geeigneten Modellierungs-, Analyse- und Visualisierungsmethoden. Dadurch wird eine anforderungsorientierte Bewertung hinsichtlich aller aus dem Produktlebenszyklus erhobenen Anforderungen und den daraus abgeleiteten Bewertungskriterien realisiert.

  • Selbstreinigende Oberflächenbeschichtungen

    (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 (StMUV) (ab 10/2013)
    URL: https://baybionik.de/

  • Film formation for high-voltage insulation materials

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Industrie

  • 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)

  • 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

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Eingliederund des LTT in das ECN-Netzwerk

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 30. September 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    URL: http://www.bacatec.de
    Abstract

    In 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.

  • 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 (StMUV) (ab 10/2013)

  • EAM CENCEM APT/Raster

    (FAU Funds)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2019

  • 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)

  • Embedded Computing for Advanced Signal Processing in Cars

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Embedded Computing for Advanced Signal Processing in Cars
    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    URL: https://forschungsstiftung.de/Projekte/Details/Embedded-Computing-for-Advanced-Signal-Processing-in-Cars-ECAS.html

  • 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

  • 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/
    Abstract

    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.

  • Genauigkeitsanalysen für ein induktives Lokalisierungssystem

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. März 2019
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • 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), Industrie
    Abstract

    Ziel 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.

  • Numerical and experimental study of the deposition of micro-sized non-spherical solid particles in the nasal cavity

    (FAU Funds)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2019
    Abstract

    The 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.

  • Magnetic Resonance Imaging Contrast Synthesis

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2019
    Abstract

    Research project in cooperation with Siemens Healthineers, Erlangen

    A Magnetic Resonance Imaging (MRI) exam typically consists of several MR pulse sequences that yield different image contrasts. Each pulse sequence is parameterized through multiple acquisition parameters that influence MR image contrast, signal-to-noise ratio, acquisition time, and/or resolution.

    Depending on the clinical indication, different contrasts are required by the radiologist to make a reliable diagnosis. This complexity leads to high variations of sequence parameterizations across different sites and scanners, impacting MR protocoling, AI training, and image acquisition.

    MR Image Synthesis

    The aim of this project is to develop a deep learning-based approach to generate synthetic MR images conditioned on various acquisition parameters (repetition time, echo time, image orientation). This work can support radiologists and technologists during the parameterization of MR sequences by previewing the yielded MR contrast, can serve as a valuable tool for radiology training, and can be used for customized data generation to support AI training.

    MR Image-to-Image Translations

    As MR acquisition time is expensive, and re-scans due to motion corruption or a premature scan end for claustrophobic patients may be necessary, a method to synthesize missing or corrupted MR image contrasts from existing MR images is required. Thus, this project aims to develop an MR contrast-aware image-to-image translation method, enabling us to synthesize missing or corrupted MR images with adjustable image contrast. Additionally, it can be used as an advanced data augmentation technique to synthesize different contrasts for the training of AI applications in MRI.

  • Entwicklung eines Wachstumsprozesses für SiC-Wafer mit Durchmessern größer 10cm unter Anwendung der neuen SiC-Quellenmaterialien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 20. Dezember 2018 - 30. Juni 2021
    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. Dezember 2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)
    Abstract
    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.

  • Fundamentals of Hydrogen in Structural Metals at the Atomic Scale

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 30. November 2023
    Mittelgeber: ERC Starting Grant

  • Kristallisationskontrolle von responsiven Mikrogelpartikeln durch zyklische Stimuli

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 30. November 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Behandlung permanenter Fehler in der FPGA-basierten Satellitenkommunikation

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2018 - 30. November 2020
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • 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&
    Abstract

    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.

  • Mediendichte metallische Durchführungen für Kunststoffgehäuse/behälter unter anwendungsnahen Belastungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2020
    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)

  • Radarüberwachung und Kommunikation für Qualitätssicherung und Zustandsüberwachung von Rotorblättern

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Radarüberwachung und Kommunikation für Qualitätssicherung und Zustandsüberwachung von Rotorblättern
    Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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)

  • Machine Learning for Predictive Analytics

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2022
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    The main goal of this project is to improve the overall system quality and customer satisfaction.

    In this project, we analyze IoT data (machine logs and sensory data) sent by thousands of high-end medical devices every day. The extracted information can include physical parameters and additional extracted event patterns. This data can be used to predict the failure of specific components and correlate malfunction to machine usage. As a consequence, system stability can be improved and procedures for system testing can be recommended.

    Furthermore, information from customer service data (e.g. tickets) is processed and fused with machine data to predict customer sentiment. With that, customer satisfaction can be improved via proactive service.

    Methods designed and used include:

     

    • Time Series Analysis (esp. mixed-typed and irregularly sampled)
    • Deep Learning
    • Process Mining
    • Data Fusion
    • Text Mining

  • 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)
    Abstract

    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?”)

  • Identifikation von Interphaseneigenschaften in Nanokompositen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Engineering von zukünftigen Zugsteuer- und Managementsystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: Siemens AG
    Abstract
    Mit 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.

  • 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)
    Abstract

    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.

     

  • 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 Förderorganisation
    Abstract
    Verteilte 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.

  • Kontaktlose photoakustische Bildgebung von Gewebe für endoskopische Anwendungen mittels Speckle-Vibratiosanalyse

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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

  • Simulation und Modellierung aus Messdaten von Fahrzeugen

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Abstract

     Die 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.

  • Eutektische Al Legierungen mit angepassten Erstarrungspfaden zur Untersuchung fundamentaler Aspekte der Erstarrung in der laserbasierten additiven Fertigung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Network Calculus für Time-Sensitive Networking

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 1. Oktober 2022
    Abstract
    Dieses 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.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Erzeugung angepasster Intensitätsverteilungen bei der Lasermaterialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 31. Juli 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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-ecosys
    Abstract

    The 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. 

  • Dispersions-kontrollierte Nanokomposite zur Optimierung des Schmelz- und Rekristallisationsverhaltens beim SLS mit CO2- und Diodenlasern

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Rationales Design flüssigkeitsabweisender, selbstreinigender Oberflächenbeschichtungen mit Langzeitstabilität

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Armierungssysteme für Matrizen mit nicht-kreissymmetrischem Wirkquerschnitt

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Titel des Gesamtprojektes: Armierungssystem für Matrizen mit nicht-kreissymmetrischem Wirkquerschnitt
    Laufzeit: 1. Oktober 2018 - 30. September 2021
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Abstract

    Werkzeuge 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.

  • MIOTY Lokalisierung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. September 2018 - 14. September 2019
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • Künstliche Intelligenz: Lehrkräftebildung, Vermittlung, Perspektiven

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. September 2018
    URL: https://www.ddi.tf.fau.de/forschung/laufende-projekte/kuenstliche-intelligenz-im-informatikunterricht/
    Abstract

    Die gesellschaftliche Relevanz des Themas Künstliche Intelligenz (KI) hat dank einer Vielzahl von technologischen Entwicklungen in den letzten Jahren stark zugenommen, auch in der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler werden KI-Systeme bedeutsamer. Daraus ergibt sich ein Handlungsbedarf im Bildungssektor, da das Thema aufgrund seiner Komplexität nicht intuitiv durchschaut werden kann. Anwendungsbeispiele wie selbstfahrende Autos und Gesichtserkennungssoftware sind den Schülerinnen und Schülern bereits aus Medien und Sozialen Netzwerken bekannt, eine Einschätzung dieser Phänomene ist ihnen jedoch kaum möglich, da das Verständnis für die Funktionsweise von KI-Systemen fehlt. In diesem Zusammenhang ist es Aufgabe der Schule, Grundlagen und Hintergründe des Themas zu vermitteln, um den Schülerinnen und Schülern einen angemessenen Umgang mit Künstlichen Intelligenzsystemen zu ermöglichen. Allerdings fehlt es dabei aktuell an innovativen Ansätzen, Materialien, Bildungsplänen und Studien, wie das Thema und die zugrunde liegenden Konzepte in den schulischen Unterricht integriert werden können. Auch verfügt ein Großteil der Lehrkräfte nicht über das erforderliche fachliche Know-how im Bereich KI. Das Forschungsprojekt verfolgt daher das Ziel einer didaktischen Analyse und Reduktion des Themenfeldes für den schulischen Unterricht ebenso wie für die Lehrkräfte(fort)bildung. In diesem Rahmen sollen Strategien und Ansätze für die Vermittlung des Themas Künstliche Intelligenz an Lehrerinnen und Lehrer entwickelt und evaluiert werden.  

  • Qualifikation von Realschullehrkräften für das Fach IT - Erwerb des Erweiterungsfachs Informatik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Unterricht und Kultus (seit 2018)
    Abstract

    Teil des Programms BAYERN DIGITAL II ist die berufsbegleitende Nachqualifizierung von rund 180 Lehrerinnen und Lehrern der Realschule. Über die Ermäßigung des Stundendeputats wird den Teilnehmenden ermöglicht, sich innerhalb von zwei Jahren für das Fach Informatik an bayerischen Realschulen nachzuqualifizieren. Ausbildungsziel ist das einem regulären Studium entsprechende Staatsexamen. An mehreren universitären Standorten wurden daher entsprechende Maßnahmen aufgelegt. Durch die besonderen Rahmenbedingungen kommen vor allem Lehr- und Lernformen des „blended learning“ Konzepts zum Tragen. Zweiwöchentliche Präsenztage sorgen dabei für eine kontinuierliche Flankierung, wobei versucht wird, im Sinne des „flipped classroom“ Prinzips die Präsenzzeit möglichst lernerzentriert und interaktiv zu gestalten.

  • Hochpräzise Pulverbeschichtungsanlage (HPB) - Entwicklung einer neuartigen Inlinefähigen Messmethode zur optischen Charakterisierung der Oberflächengüte in einer hochautomatisierten Pulverbeschichtungsanlage

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • ALuminium and MAgnesium ALloys for Future Industrial applications; Einzelprojekt: Tailoring of Al Alloys and Process Routes for High-Performance Applications

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: ALuminium and MAgnesium ALloys for Future Industrial applications; Einzelprojekt: Tailoring of Al Alloys and Process Routes for High-Performance Applications
    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2022
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 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)

  • Argumentationslogik-Manager & Argumentkontext-Graph

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Klassifizierung von Stressreaktions-Mustern induziert durch akuten Stress

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. September 2018
    Abstract

    Stress 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.

  • 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)

  • 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)

  • 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/
    Abstract
    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.
    Im Jahr 2020 wurde unser Papier "A Layered Software City for Dependency Visualization" auf der International Conference on Computer Graphics Theory and Applications (VISIGRAPP) 2021 angenommen und später mit dem "Best Paper"-Award ausgezeichnet. Wir konnten belegen, dass das von uns entwickelte Layered Layout für Software-Städte das Analysieren von Software-Architektur vereinfacht und das Standard-Layout bei weitem übertrifft. Der finale Prototyp und die Publikationen, die im Rahmen des Forschungsprojektes entstanden sind, führten zu einem erfolgreichen Projektabschluss.
    Nach Auslaufen der offiziellen Projektförderung wurden wir in 2021 aufgrund des Best Paper Awards eingeladen, eine erweiterte Version des Papiers als Journal bei Springer Nature Computer Science zu veröffentlichen. Das dort eingereichte Journal "Static And Dynamic Dependency Visualization in a Layered Software City" führt eine Nacht-Ansicht der Stadt ein, in der die dynamischen Aufrufbeziehungen als Bögen visualisiert werden. Der Beitrag ist derzeit noch im Review. In 2021 widmeten wir uns also einem zentralen, noch offenen Punkt: der Visualisierung von dynamischen Abhängigkeiten. In dem Papier "Trace Visualization within the Software City Metaphor: A Controlled Experiment on Program Comprehension" auf der IEEE Working Conference on Software Visualization (VISSOFT) haben wir dynamische Abhängigkeiten innerhalb der Software-Stadt über Licht-Intensitäten aggregiert dargestellt und konnten zeigen, dass diese Darstellung hilfreicher ist als alle Abhängigkeiten zu zeichnen. Unser Papier wurde auch hier als eines der Besten eingeladen, eine erweiterte Version als Beitrag zum Special Issue on Visualization applied to Software Engineering in the Information and Software Technology Journal einzureichen. Der eingereichte Beitrag "Trace Visualization within the Software City Metaphor: Controlled Experiments on Program Comprehension" erweitert die Darstellung dynamischer Abhängigkeiten um die Analyse von HTTP Statuscodes und färbt Bögen basierend auf der Fehleranzahl ein. Der Journaleintrag ist derzeit ebenfalls noch im Review-Prozess.

  • Entwicklung einer Absicherungsmethodik für automatisiertes Fahren durch Fahr-/Funktionssimulation

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
    Abstract
    Die 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.

  • Light triggered non-invasive gene delivery through lipopolyplexes

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2020
    Mittelgeber: Marie-Skłodowska-Curie Actions (MSCA)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Toleranzoptimierung statisch unter- und überbestimmter Baugruppen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2018 - 30. April 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • Schemainferenz und maschinelles Lernen

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. August 2018
    Abstract

    Im 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.

  • Security Concepts for PSoCs

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2018 - 31. Juli 2020
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    In 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.

  • 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)
    Abstract

    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)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Laserimplantation an Presshärtewerkzeugen zur Beeinflussung der tribologischen und thermischen Eigenschaften im Prozesseinsatz (DFG ME 2043/68-1)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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)

  • Anwendung von Deep Learning für Signalanalysen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    Die 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.

  • 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)
    Abstract
    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 - 30. November 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract

    Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, die Relevanz der kinematischen Verfestigung bei der numerischen
    Auslegung von Blechumformoperationen mit geschlossenen Profilen zu analysieren. Durch die Nutzung standardisierter
    Versuche, wie dem einachsigen Zugversuch oder dem Zug-Druck-Versuch mit erweiterter Auswertung, sowie einer
    Einflussanalyse verschiedener Werkzeuggeometrien, wird die kinematische Verfestigung werkstoff- und werkstückseitig
    quantifiziert. Mit der Schaffung eines spannungsbasierten Indikators für die Vorhersage des
    belastungsrichtungsabhängigen Werkstoffverhaltens soll ferner eine Kenngröße für das Post-Processing der numerischen
    Simulation entwickelt werden. Dadurch sollen bereits bei der rechnergestützten Bauteilauslegung kritische Stellen
    identifiziert und das richtige Werkstoffverhalten ausgewählt werden.

    Das Projekt wird in Kooperation mit der Professur für Formgebende Fertigungsverfahren der TU Dresden durchgeführt.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • Hochpräzise Mikrobauteile durch dynamisch temperiertes Spritzprägen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2018 - 30. November 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • Rekonstruktion von Argumenten aus Noisy Text

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

  • Intelligente Scannerbasierte Fokusführung beim Laserstrahlschweißen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. August 2021
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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:

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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.
    5. 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:

    1. 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.
    2. 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

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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-Gesellschaft
    Abstract

    Im 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.

  • 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

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Synthese neuartiger poröser Koordinationspolymere aus strukturgebenden und funktionalisierten Ionischen Flüssigkeiten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. April 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    URL: https://tu-dresden.de/mn/chemie/ac/ac2/spp1708

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Simulation von klimafreundlichen Luftschiffen

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. November 2022
    Abstract

    Durch 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.

  • Formale Verifikation in der Fertigungsautomatisierung (Projektabschnitt A)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. April 2018 - 14. April 2019
    Mittelgeber: Siemens AG

  • 3D-structure-property relations at grain boundaries

    (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)
    Abstract

    In this new research project, a special focus will be placed on the integration of the previously unavailable methods APT and FIM, which can make important contributions to the understanding of the mechanical behavior of interfaces and their chemistry on the smallest length scales. All equipment required for project implementation including atom probe, FIB for sample preparation and TEM with sample holder for in situ nanomechanics are available at the location. For the 3D FIM experiments, a FIM has been set up in the working group over the past few months. This is also used in collaboration within the GRK for the preparation and characterization of SPM tips. The colleagues will develop suitable data acquisition and evaluation algorithms for the newly built FIM.

  • Deep Learning in der Tierlinguistik

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 1. April 2022
    Abstract
    Deep 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

  • 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)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Methoden für die realitätsgetreue visuelle Wahrnehmung durch Eye-Tracking im Head-Mounted-Display

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    Im 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.

  • 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)
    Abstract

    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. 

  • Influence of topology, interfaces and local chemical compositions on the deformations behavior of nanostructures

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: In situ Microscopy with Electrons, X-rays and Scanning Probes
    Laufzeit: 1. April 2018 - 30. September 2022
    Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • 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)

  • Hyperspektrale Prozessbeobachtung und Simulation zur Erweiterung des Prozessverständnisses beim Laserstrahlschmelzen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern unter Schwenkbedingungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 30. September 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Fehlerdiagnose verteilt-parametrischer Systeme mittels Modulationsfunktionen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Nichtlineare Thermo-Elektro-Mechanik elektroaktiver Polymere

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2018 - 31. März 2021
    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

  • 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)

  • Mehrantennensysteme für die Interferenzunterdrückung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2018 - 28. Februar 2019
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    Abstract
    • 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

  • 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)

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Dezember 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Dämpfung von intelligenten miniaturisierten Systemen mit Formgedächtnislegierungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2018 - 30. September 2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)

  • Integrierte Memristor-Basierte Rechner-Architekturen (IMBRA)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Integrierte Memristor-Basierte Rechner-Architekturen (IMBRA)

    (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)

  • Radiologische und Genomische Datenanalyse zur Verbesserung der Brustkrebstherapie

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Schwerpunktprogramm „Robust Argumentation Machines“ (SPP 1999)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: http://spp-ratio.de
    Abstract

    Das 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.

  • Medical Image Processing for Interventional Applications

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Virtuelle Hochschule Bayern

  • 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/
    Abstract

    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

    1. Ordnung in den Zoo der Logik-Formalismen bringen,
    2. ihre Zusammenha ̈nge katalogisieren und
    3. 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)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Additive Fertigung einer neuen Gruppe von hochtemperaturbeständigen Legierungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. August 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Verschleißreduktion an Presshärtewerkzeugen durch den Einsatz innovativer Beschichtungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. März 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Nanopartikelwachstum und –aggregation in Sprayflammen: In-situ-Diagnostik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. März 2021
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Abstract

    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.

  • Piezo'ing the heart - novel molecular cardiac mechano-biosensors

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.)

  • Nano-Engineering of synthetic Carrier-Shells

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • Numerische Modellierung von lokalen Materialeigenschaften und daraus abgeleiteten Prozessstrategien für die pulverbettbasierte additive Fertigung massiver metallischer Gläser (T2)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 30. Juni 2022
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: https://www.crc814.research.fau.eu/projekte/t-transferprojekte/transferprojekt-t2/
    Abstract

    Ziel 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.

  • 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)

  • 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)

  • Feldstärkebasierte Ortung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 30. September 2018
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft

  • Automatisiertes Testen von Übersetzern

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2018
    URL: https://www.cs2.tf.fau.de/forschung/projekte/autocomptest/
    Abstract

    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.

    Im Jahr 2020 lag der Fokus des Forschungsprojekts auf sprachunabhängigen Verfahren zur automatischen Testfallreduzierung. Die wissenschaftliche Literatur schlägt unterschiedliche Reduzierungsverfahren vor. Da es bislang allerdings keinen aussagekräftigen Vergleich dieser Verfahren gibt, ist unklar, wie effizient und effektiv die vorgeschlagenen Reduzierungsverfahren tatsächlich sind. Wie wir festgestellt haben, gibt es dafür im Wesentlichen zwei Gründe, die darüber hinaus auch die Entwicklung und Evaluation neuer Verfahren erschweren. Zum einen verwenden die vorhandenen Implementierungen der vorgeschlagenen Reduzierungsverfahren unterschiedliche Implementierungssprachen, Programmrepräsentationen und Eingabegrammatiken. Mit diesen Implementierungen ist ein fairer Vergleich dieser Verfahren deshalb kaum möglich. Zum anderen gibt es keine umfangreiche Sammlung von (noch unreduzierten) Testprogrammen zur Evaluation von Reduzierungsverfahren. Dies hat zur Folge, dass die publizierten Reduzierungsverfahren jeweils nur mit sehr wenigen Testprogrammen evaluiert wurden, was die Aussagekraft der präsentierten Ergebnisse beeinträchtigt. Da in manchen Fällen darüber hinaus nur Testprogramme in einer einzigen Programmiersprache verwendet wurden, ist bislang unklar, wie gut diese Verfahren für Testprogramme in anderen Programmiersprachen funktionieren (wie sprachunabhängig diese Verfahren also tatsächlich sind). Um diese Lücken zu schließen, haben wir im Jahr 2020 mit der Implementierung eines Frameworks begonnen, das die wichtigsten Reduzierungsverfahren beinhaltet und so einen fairen Vergleich dieser Verfahren ermöglicht. Außerdem haben wir mit der Erstellung einer Testfallsammlung begonnen. Diese beinhaltet bereits etwa 300 Testprogramme in den Sprachen C und SMT-LIB 2, die etwa 100 unterschiedliche Fehler in realen Übersetzern auslösen. Diese Testfallsammlung erlaubt nicht nur aussagekräftigere Vergleiche von Reduzierungsverfahren, sondern verringert außerdem den Aufwand für die Evaluation zukünftiger Verfahren. Anhand erster Experimente konnten wir feststellen, dass es bislang kein Reduzierungsverfahren gibt, dass in allen Fällen am besten geeignet ist.

    Außerdem haben wir uns im Jahr 2020 mit der Frage beschäftigt, wie das im Rahmen des Forschungsprojekts entstandene Framework zur Generierung zufälliger Testprogramme erweitert werden kann, um neben funktionalen Fehlern auch Performance-Probleme in Übersetzern finden zu können. Im Rahmen einer Abschlussarbeit ist dabei ein Verfahren entstanden, das eine Menge zufällig generierter Programme mit Hilfe von Optimierungstechniken schrittweise so verändert, dass die resultierenden Programme im getesteten Übersetzer deutlich höhere Laufzeiten als in einer Referenzimplementierung auslösen. Erste Experimente haben gezeigt, dass so tatsächlich Performance-Probleme in Übersetzern gefunden werden können.

  • 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)

  • Kompositauslegung zur Reduktion störender Schwingungen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 30. Juni 2019
    Mittelgeber: Stiftungen
    Abstract

    In 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:

    1. Experimentelle Untersuchung desSteifigkeitsverlusts verschiedener repräsentativer Geometrien über dieGebrauchsdauer
    2. Simulative Analyse des Einflusses desSteifigkeitsverlusts auf das Schwing- und Vibrationsverhalten auf Bauteilebene
    3. 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.

  • Kontinuumsbasierter Entwurf selektiv nachgiebiger Mechanismen mit sanfter Kinematik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2018
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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:

    1. Verwendung von speziellen Sensoren, die Gangdaten mit einer hohen biomechanischen Auflösung aufzeichnen können
    2. Entwicklung und Evaluation von Algorithmen zur Auswertung der Gangmuster mithilfe maschinellen Lernens
    3. 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.

  • 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)

  • Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. März 2024
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Structure-mimicking synthetic scaffolds for tendon and ligament repair

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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

  • 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)
    Abstract

    Imbeantragten Forschungsprojekt wird die Entwicklung eines Versuchsaufbausangestrebt, der die genaue und simultane Bestimmung mehrererTransporteigenschaften von Fluidgemischen über einen weiten thermodynamischenZustandsbereich mithilfe der auch als „Shadowgraphy“ bekannten zeitaufgelösten Schattenfotographieerlaubt. Diese beruht auf der Analyse von Schattenabbildungen bei derBetrachtung von Nichtgleichgewichtsfluktuationen, die bei Aufprägung einesstationären Temperaturgradienten auf Fluidgemische durch thermophoretischeProzesse verursacht werden. Die Lebensdauer dieser Fluktuationen wird durch verschiedene physikalischeMechanismen beeinflusst und kann auf Grundlage der hydrodynamischenFluktuationstheorie evaluiert werden. Dies erlaubt prinzipiell die absoluteBestimmung der Temperaturleitfähigkeit, von molekularenDiffusionskoeffizienten, des Soret-Koeffizienten sowie der kinematischenViskosität in einem einzigen Experiment. Zur angestrebten Weiterentwicklung derShadowgraphy zu einer verlässlichen Methode für die genaue Bestimmung mehrererTransporteigenschaften ist die Konzeption und Realisierung einer entsprechendenVersuchsapparatur mit einer maximierten zeitlichen Auflösung und dergrößtmöglichen optischen Zugänglichkeit der zu integrierenden Messzellenotwendig. Der Versuchsaufbau soll durch Messungen an ausgewählten binärenGemischen validiert werden, die einen großen Wertebereich der zugänglichenTransportgrößen abdecken. Die Temperaturleitfähigkeit und die binärenDiffusionskoeffizienten der gewählten Gemische bewegen sich beispielsweise imBereich zwischen ca. 10-10 und 10-7 m2·s-1, wobei Systemebestehend aus zwei Flüssigkeiten, zwei Gasen sowie aus einem in einerFlüssigkeit gelöstem Gas bei Drücken von bis zu 50 MPa und Temperaturenvon bis zu 573 K untersucht werden sollen. Als Referenz dienen dabeisowohl Literaturdaten als auch Ergebnisse aus früheren und derzeit laufendenUntersuchungen der gleichen Systeme mithilfe der Dynamischen Lichtstreuung(DLS). Die Experimente mit dem neuen Shadowgraphy-Aufbau wurden derart geplant,dass sie zudem die Limitierungen der Methode aufzeigen und Informationen über diezu erwartenden Messunsicherheiten der einzelnen Transportgrößen unter den gegebenenVersuchsbedingungen liefern können. Somit soll die Anwendbarkeit derShadowgraphy als mögliche zukünftige Standardmesstechnik innerhalb derStoffdatenforschung ausgetestet werden. Zum Abschluss der beantragtenFörderperiode ist die Untersuchung von weiteren systematisch ausgewähltenbinären Gemischen vorgesehen, die aus in Flüssigkeiten mit variierender molarerMasse gelösten Gasen bestehen bzw. sich im überkritischen Zustandsgebietbefinden. Diese Experimente sollen aufzeigen, inwieweit die Shadowgraphy zurErstellung einer verlässlichen Datenbasis für derartige Systeme beitragen kann,die beispielsweise zu Modellierungszwecken oder zur Validierung aktuellerTheorien im Zusammenhang mit den so experimentell zugänglichen Transportgrößenbenötigt werden.

  • Vergütungsfreie Herstellung und Fügen von Stanznietelementen mit angepasstem mechanischen Eigenschaftsprofil aus hochverfestigenden Werkstoffen und prozesskettenübergreifender numerischer Abbildung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. August 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Processing of piezoelectric thick films by aerosol deposition technique

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • Entwicklung neuer Konzepte für Hydromechatronische Aggregate zur signifikanten Erhöhung der Ressourceneffizienz

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Tomographie von mittels ultrakurzer Laserpulse induzierten Glasmodifikation

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. Dezember 2017 - 14. März 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • Open Source Governance of the Supply Chain

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Dezember 2017 - 30. September 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Tolerierung bei der Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundbauteile

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 15. November 2017 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Aufgrund unvermeidlicher Unsicherheiten und Abweichungen, wie beispielsweise streuenden Materialwerten oder variierenden Lasten, weist jedes Produkt einen Unterschied zu seiner Nominalgestalt auf. Diese Streuungen können dazu führen, dass auch ein gut ausgelegtes Bauteil seine Funktion nicht mehr erfüllt, was insbesondere bei Faserverbundstrukturen aufgrund der Vielzahl an zusätzlichen Design-Parameter und der speziellen mechanischen Eigenschaften der Fall sein kann. Bisherige Ansätze des Toleranzmanagements fokussieren jedoch in der Regel konventionelle isotrope Werkstoffe und können lediglich als Grundlage für die Tolerierung von Faserverbundstrukturen angesehen werden. Bestehende Ansätze zur Auslegung von Faserverbundstrukturen geben hingegen keine Möglichkeit, Streuungen über eine Tolerierung mit in das Auslegungsergebnis einfließen zu lassen und phänomenologische Untersuchungen an Faserverbundstrukturen zielen lediglich auf den Fertigungsprozess ab.

    Das Ziel des Forschungsprojekts ist daher die Bereitstellung eines Vorgehens zur Tolerierung von endlosfaserverstärkten Faserverbundstrukturen während der Auslegung. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen vier Aufgaben gelöst werden. Die zwei wesentlichen Aufgaben sind die Entwicklung eines Vorgehens zur Toleranzanalyse auf Basis der Formänderungsenergie sowie die Erweiterung des Vorgehens um eine Toleranzsynthese auf Basis der Toleranzanalyse. Damit wird es möglich zuerst den Einfluss der auslegungsrelevanten Parameter auf das Funktions- bzw. Verzugsverhalten zu ermitteln und diese im Anschluss mit einem Definitionsbereich zu versehen, innerhalb dessen trotz Streuung noch eine Funktionserfüllung gewährleistet werden kann. Mit den hierbei erarbeiteten Vorgehensweisen ist das Vorgehensmodell zur Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundstrukturen nach Klein und Wartzack um die Toleranzanalyse und -synthese zu erweitern. Darüber ist es eine wichtige Aufgabe den Einfluss lokaler Verstärkungen auf das Verzugsverhalten von FVK-Bauteile zu untersuchen und beim Aufbau der Methoden eine Möglichkeit zur Berücksichtigung lokaler Verstärkungen vorzusehen.

    Am Ende des Projekts steht dem Produktentwickler ein ganzheitlicher Auslegungsansatz zur Verfügung, der ihn ausgehend von einer ersten Geometrieidee bis hin zu einem fertigen Laminataufbau mit einer geeigneten Tolerierung durch die Auslegung führt.

  • Software Campus 2.0

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • 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)
    Abstract

    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. 

  • Verbundprojekt: ML-Forum - Machine Learning Forum

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Oktober 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract
    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.

  • OpenMP für rekonfigurierbare heterogene Architekturen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: OpenMP für rekonfigurierbare heterogene Architekturen
    Laufzeit: 1. November 2017 - 31. Juli 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/ORKA/
    Abstract
    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:

    1. 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.
    2. 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.
    3. Nutzung und Erweiterung existierender Lösungen von Teilproblemen für die optimale Abbildung von Algorithmen auf heterogene Systeme und FPGA-Hardware.
    4. 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.

    Im Jahr 2020 wurden folgende wesentlichen Beiträge geleistet:

    • Weiterentwicklung der Genetischen Optimierung.
    • Aufbau eines Docker-Containers für zuverlässige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.
    • Integration der Softwarekomponenten der Projektpartner.
    • Plugin-Architektur für Low-Level-Platformen.
    • Implementation und Integration zweier LLP-Plugin-Komponenten.
    • Erweiterung des akzeptierten OpenMP-Sprachstandards.
    • Erweiterung der Test-Suite.

  • Hybrides Co-Simulations Framework

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. November 2017
    Abstract
    Simulation 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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Management-Accounting für Inner Source

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Iron aluminides and hierarchical-precipitate-strengthened ferritic superalloys

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Oktober 2017
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Design and implementation of a design patterns plug-in for the Sweble software

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • 3-D Multikontrast CINE MRT-Bildgebungstechnik für die Anwendung am Herzen

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2020

  • Cu-based shape memory alloys and bulk-metallic glasses

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Oktober 2017
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    In 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.

  • Simulation und Modellierung verschiedener 5G-Mechanismen im Kontext vernetzter Mobilität

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 31. August 2022
    Abstract

    Die 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.

  • Modellierung und Simulation von dreidimensionalen Fahrzeug-Ad-Hoc-Netzwerken

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 30. September 2022
    Abstract
    Die Möglichkeiten und Herausforderungen der Fahrzeug-zu-X-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.

    Eine Einschränkung aktueller V2X-Simulationsframeworks ist die Annahme einer quasi-zweidimensionalen Umgebung. Die verschiedenen Einflüsse der Geländeform, anderer Verkehrsteilnehmer oder auch die Kommunikation über mehrere Straßenebenen hinweg bleiben üblicherweise unberücksichtigt. Viele reale Verkehrsszenarien und somit Fahrzeugnetzwerke haben aufgrund der genannten Aspekte jedoch einen dreidimensionalen Charakter, weshalb angenommen werden muss, dass diese somit nur eingeschränkt mit bisherigen Simulatoren analysiert werden können.

    In diesem Projekt soll untersucht werden, ob die oben genannte Annahme zutreffend ist. Hierfür bedarf es einer Erweiterung der klassischen paketbasierten V2X-Simulation, um die Problemstellungen solcher Szenarien mit vielen Fahrzeugen simulieren zu können. Dabei sind auch neue Kanalmodelle zu entwickeln, die den dreidimensionalen Charakter komplexer Szenarien 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 geeigneter Methoden und ggf. KI-Verfahren der Aufwand bei der Betrachtung komplexer Simulationsszenarien beherrschbarer gemacht werden.

  • 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)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Rekurrente Neuronale Netze (RNNs) zur echtzeitnahen Bestimmung nichtlinearer Bewegungsmodelle

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Oktober 2017 - 31. März 2021
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    URL: https://www2.cs.fau.de/research/RuNN/
    Abstract
    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 Modells 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 Modells 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.
    Im Jahr 2020 wurden die Modellarchitektur hinsichtlich der Vorhersagegenauigkeit optimiert und die Auswirkungen einer tiefen Kombination von Bayes'schen und DL-Methoden auf die Vorhersagegenauigkeit und Robustheit untersucht.
    Optimierung. Im Jahr 2020 wurde die bestehende CNN- und RNN-Architektur verbessert und ein ResNet-BLSTM vorgeschlagen. Das CNN wurde durch ein Restnetzwerk ersetzt, um tiefere und qualitativ hochwertigere Merkmale aus einem kontinuierlichen Datenstrom zu extrahieren. Es konnte gezeigt werden, dass diese Architektur höhere Rechenkosten mit sich bringt, aber die genauesten, über den Stand der Technik hinausgehenden Ergebnisse liefert. Zusätzlich kann die RNN-Architektur verkleinert werden, um dem Ausbleichen des Kontextvektors der LSTM-Zellen entgegenzuwirken, da das verbleibende Netzwerk optimalere Merkmale bietet.Tiefe Bayes Verfahren. Im Jahr 2020 wurde untersucht, ob Methoden der RNN-Familie bestimmte Bewegungseigenschaften aus aufgezeichneten Bewegungsdaten extrahieren können, um die starren Mess-, Rausch- und Übergangsverteilungen eines Kalman-Filters (KF) zu ersetzen. Eine Studie konnte zeigen, dass hochoptimierte LSTM-Zellen robustere (geringe Fehlervarianz der Prädiktionen) und präzisere (Positionsgenauigkeit) Trajektorien rekonstruieren können als ein ebenso hochoptimierter KF. Das tiefe Ineinandergreifen von LSTM in KF, sogenanntes tiefe Bayes Verfahren, lieferte die robustesten und präzisesten Positionen und Trajektorien. Diese Studie zeigte auch, dass von allen Methoden, die auf realistischen synthetischen Daten trainiert wurden, die tiefe Bayes-Methode am wenigsten reale Daten benötigt, um sich an eine neue unbekannte Domäne anzupassen.
    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.
    Im Jahr 2020 wurden auf Basis der erzielten Forschungsergebnisse in II ein neuer Live-Demonstrator entwickelt.
    Anwendung: Gangrekonstruktion in VR. Im Jahr 2020 wurde das vorhandene CNN-RNN-Modell verwendet, um die Bewegung des Menschen, nämlich den Gangzyklus und die Gangphasen, vorherzusagen. Dabei wurden Sensordaten eines am Kopf montierten Trägheitssensors verwendet, um einen virtuellen Avatar in VR in Echtzeit zu visualisieren. Es konnte gezeigt werden, dass das DL-Modell deutlich geringere Latenzen aufweist als der Stand der Technik, da es Gangphasen früher erkennen und zukünftige genauer vorhersagen kann. Dies geht jedoch zu Lasten des erforderlichen Rechenaufwands und damit der erforderlichen Hardware.

  • Statistische Toleranzanalyse additiv gefertigter Gelenkgetriebe unter Berücksichtigung anlagenspezifischer Fertigungseinflüsse

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    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.

  • Selbstorganisation kolloidaler Partikel in Emulsionstropfen: Aggregationsmechanismus, Struktur und resultierende optische Eigenschaften

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Innovative Prozesstechnik zur fehlerminimierenden, von physischem Bauteilstress befreite Handhabung von Halbleiterbauteilen im Back End Testprozess

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)

  • 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/
    Abstract

    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.

     

  • Dynamische Ansteuerung von Hochfrequenzleistungsverstärkern mit breitbandiger, aktiver Lastmodulation

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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)

  • Dreidimensionale Abbildung trüber Medien mittels hyperspektraler Bildgebung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2017 - 31. August 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Machine Learning Applications in Magnetic Resonance Imaging beyond Image Acquisition and Interpretation

    (FAU-externes Projekt)

    Laufzeit: seit 1. September 2017
    Abstract

    Research project in cooperation with Siemens Healthineers, Erlangen

    Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an important but complex imaging modality in current radiology. Artificial intelligence (AI) can play an important role for acclerating MR sequence acquisition as well as supporting image interpretation and diagnosis. However, there are also opportunities besides image acquisition and interpretation for which AI can play a vital role to optimze the clinical workflow and decrease costs. 

    Automated Protocoling

    One critical workflow step for an MRI exam is protocoling, i.e., selecting an adequate imaging protocol under consideration of the ordered procedure, clinical indication, and medical history. Due to the complexity of MRI exams and the heterogeneity of MR protocols, this is a nontrivial task. The aim of this project is to analyze and quantify challenges complicating a robust approach for automated protocoling, and propose solutions to these challenges.

    Automated Billing

    Moreover, reporting and documentation is a crucial step in the radiology workflow. We have therefore automated the selection of billing codes from modality log data for an MRI exam. Integrated into the clinical environment, this work has the potential to free the technologist from a non-value adding administrative task, enhance the MRI workflow, and prevent coding errors.

  • 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/
    Abstract

    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.

    ReProVide Demo Video

    Musik von: https://www.musicfox.com

  • 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)

  • 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)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Kornorientierungsabhängiges Nitrierverhalten kubischer und hexagonaler Substrate

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. August 2017 - 31. März 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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/
    Abstract
    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.

  • Kombinierte iterative Rekonstruktion und Bewegungskompensation für die optische Kohärenztomographie-Angiographie

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 24. Juli 2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract

    Optical coherence tomography (OCT) is a non-invasive 3-D optical imagingmodality that is a standard of care in ophthalmology [1,2]. Since the introduction of Fourier-domain OCT [3], dramatic increases in imaging speedbecame possible, enabling 3-D volumetric data to be acquired. Typically, aregion of the retina is scanned line by line, where each scanned lineacquires a cross-sectional image or a B-scan. Since B-scans are acquiredin milliseconds, slices extracted along a scan line, or the fast scanaxis, are barely affected by motion. In contrast, slices extractedorthogonally to scan lines, i. e. in slow scan direction, areaffected by various types of eye motion occurring throughout the full,multi-second volume acquisition time. The most relevant types of eyemovements during acquisition are (micro-)saccades, which can introducediscontinuities or gaps between B-scans, and slow drifts, which causesmall, slowly changing distortion [4]. Additional eye motion is caused by pulsatile blood flow,respiration and head motion. Despite ongoing advances in instrumentscanning speed [5,6] typical volume acquisition times havenot decreased. Instead, the additional scanning speed is used for densevolumetric scanning or wider fields of view [7]. OCT angiography (OCTA) [8–11] multiplies therequired number of scans by at least two, and even more scans are neededto accommodate recent developments in blood flow speed estimation whichare based on multiple interscan times [12,13]. As a consequence,there is an ongoing need for improvement in motion compensation especiallyin pathology [14–16].

    We develop novel methods for retrospective motion correction of OCT volume scans of the anterior and posterior eye, and widefield imaging. Our algorithms are clinically usable due to their suitability for patients with limited fixation capabilities and increased amount of motion, due to their fast processing speed, and their high accuracy, both in terms of alignment and motion correction. By merging multiple accurately aligned scans, image quality can be increased substantially, enabling the inspection of novel features.

  • Methodische Konzeptentwicklung für Dienstleistungsplattformen und Schnittstellen, Service Systems Engineering, Kommunikationsdesign

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Engineering Produktionsbezogener Dienstleistungssysteme
    Laufzeit: 1. Juli 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    URL: https://prodisys.fortiss.org/
    Abstract

    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.

  • Optimierungsbasierte Entwurfsmethodik in der frühen Phase der mechatronischen Produktentwicklung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: Europäische Union (EU)
    URL: https://www.mfk.tf.fau.de/forschung/projekte/optmepro/
    Abstract

    Searching for the optimal product configuration,the product developers usually fail with the use of existing design methods tothe complex relationship between the requirements, design parameters(characteristics) and the behavior (properties) of a mechatronic product. In thiscontext, the present technology transfer project, EFRE/OptMePro, deals with thetopic of how the product developer can be supported by changing therequirements of a mechatronic product through automation technologies. Theoverall goal of the technology transfer project is the development of a noveldesign methodology, with which existing mechatronic systems can be adaptedautomatically as a result of changing the requirements.

  • 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

  • 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/
    Abstract

    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.

  • Qualitätssicherungssystem für Pulver beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (T1)

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SFB 814 - Additive Fertigung
    Laufzeit: 1. Juli 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: https://www.crc814.research.fau.eu/projekte/t-transferprojekte/transferprojekt-t1/
    Abstract

    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.

  • 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)

  • Autonomous Cranes

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2017 - 30. Juni 2020
    Mittelgeber: Siemens AG
    Abstract

    Die 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.

  • 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

  • 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)
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Referenzwellenform für echtzeitfähigen Kanalsimulator

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. August 2017
    Mittelgeber: Fraunhofer-Gesellschaft
    Abstract

    Eine 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.

  • 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 Förderorganisation
    Abstract

    Käfiginstabilitäten 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.

  • Charakterisierung von NB-IoT Modulen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2017 - 30. November 2017
    Mittelgeber: Industrie

  • Wearables im Sport

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Juni 2017
    Abstract

    In diesem Projekt werden Wearables für den Sportbereich und die Rehabilitation nach Sportverletzungen entwickelt. Sie dienen der Trainingssteuerung und Auswertung.

  • Modulare, offene und internetbasierte Plattform für Roboter-Anwendungen in Industrie und Service

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)

    Laufzeit: 1. Juni 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    URL: https://www.researchgate.net/project/ROBOTOP
    Abstract

    Die 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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Leistungsanalyse in Mannschaftssportarten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Juni 2017
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    Leistungsanalyse 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.

  • Steuerung von Energiesystemen auf Basis selbstlernender Algorithmen

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 16. Mai 2017
    Abstract
    Der 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.

  • 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

  • Multi Battery Systems - Hybrid and New Storage Simulation Tool

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2020
    Mittelgeber: Siemens AG
    Abstract
    Mit 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.

  • CENEM Core Facility - Nanocharakterisierung mit Elektronen, Röntgenstahlen und Rastersonden

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • 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

  • Basistechnologien Nachwuchsgruppe: UniComp - Funktionelle Erweiterung polymerbasierter Reaktionskompartimente für Multienzymsynthesen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Mai 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Transparent Multichannel IPv6

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
    Abstract
    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.

  • Visuelle Programmiersprachen im Unterricht

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: 1. April 2017 - 30. September 2020
    URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/visuelle-programmierung/
    Abstract

    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.

  • 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/highpermeshes
    Abstract

    Ziel 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.

  • 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)

  • High-Performance 5G-mmW-Transceiver mit MIMO- und Beam-Steering-Funktionalität auf Basis einer neuen zukunftsweisenden BiCMOS-Technologie

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: High-Performance 5G-mmW-Transceiver mit MIMO- und Beam-Steering-Funktionalität auf Basis einer neuen zukunftsweisenden BiCMOS-Technologie
    Laufzeit: 1. April 2017 - 31. März 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Erweiterung des Potenzials des selektiven Elektronenstrahlschmelzens durch eine verbesserte Elektronenstrahltechnologie

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. April 2017 - 1. April 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation
    Abstract

    Ziel 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.

  • 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)

  • Debugging im Unterricht

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. April 2017
    URL: https://ddi.cs.fau.de/forschung/sq/
    Abstract
    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Kommunikation in Energieinformationsnetzen

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. April 2017
    Abstract
    Das 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/
    Abstract

    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.

  • Development of a Multiband Doherty Amplifier

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 8. März 2017 - 31. Dezember 2017
    Mittelgeber: Industrie

  • 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/
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • 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.php
    Abstract

    Ziel 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.

  • Selbstadaption für zeitschrittbasierte Simulationstechniken auf heterogenen HPC-Systemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2017 - 29. Februar 2020
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Abstract

    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.
     

  • 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)
    Abstract
    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…

  • Teamwork Performance: Effects of Tracking Based Feedback Mechanisms on Performance and Health Biomarkers

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. März 2017

  • Development of multi-modal, multi-scale imaging framework for the early diagnosis of breast cancer

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. März 2017 - 30. Juni 2020
    Abstract

    Breast 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.

  • 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)

  • Werkzeugseitige Beeinflussung der tribologischen Bedingungen beim Presshärten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2017 - 31. Januar 2019
    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

  • Digitale Pathologie - Neue Ansätze zur Automatischen Bildanalyse von Histologiebildern

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 16. Januar 2017
    Abstract

    Der 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.

  • 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-spei
    Abstract

    Der 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.

  • PPP Japan 2017: Fabrication of MOF-superstructures with controlled porosities

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • Pitch It! – Konzeptstudie zu einer neuartigen Rotorblattlagerung für Windenergieanlagen mit individueller Pitch‐Regelung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. September 2017
    Mittelgeber: Bayerische Forschungsstiftung
    Abstract

    Windenergieanlagen 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.

  • Advanced Biomechatronics Technology: Development and Application

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • 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)

  • Extraktion und Verbesserung akustischer Signale

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Akustische Sensornetzwerke
    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 29. Februar 2020
    Mittelgeber: DFG / Forschergruppe (FOR)
    Abstract

    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.

  • 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-spei
    Abstract
    Das 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.

  • 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 Staatsministerien
    Abstract
    Der 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.

  • Entwicklung eines PDMS-basierten Mikrofluidiksystems

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2017

  • 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-spei
    Abstract

    Der 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.

  • ema2AnyBody - Virtuelle Bewertung menschlicher Arbeit durch muskuloskelettale Simulation

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: ema2AnyBody - Virtuelle Bewertung menschlicher Arbeit durch muskuloskelettale Simulation
    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. Juni 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

  • Radio Frequency Identification 2 - RFID_2

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract

    DasKooperationsprojekt 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.

  • 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/secrec
    Abstract

    Field 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.

  • Computational Thinking in der Grundschule - Was und wie arbeiten Informatiker?

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2017
    Abstract

    Es 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.

  • Charakterisierung von Nanofluiden

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

  • 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)
    Abstract
    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…

  • 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 / Verbundprojekt
    Abstract

    Motivation

    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.

  • Metaprogrammierung für Beschleunigerarchitekturen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Abstract

    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

  • Biomechatronics and Multiphoton Morphometry in Muscle Diagnostics

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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.

  • EVOWIPE - Explizites Vergessen ontologiebasierten Wissens in der Produktentwicklung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: SPP 1921: Intentional Forgetting in Organisationen. Mechanismen des Vergessens als Anpassungsleistungen von Organisationen an eine Umwelt stetig wachsender Informationsmengen
    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    URL: http://www.spp1921.de:8442/projekte/p8.html.de
    Abstract

    In der Produktentwicklung lassen sich durch Wiederverwendung bereits vorhandener Produktmodelle und entwicklungsprozesse erhebliche Aufwände einsparen. Aufgrund der Computerunterstützung in der Produktentwicklung stehen solche Modelle und Prozesse in digitaler Form zur Verfügung. Allerdings müssen auch Modellelemente und Prozessschritte absichtlich vergessen werden, die für das neue Produkt nicht mehr zutreffen. Im Fall von komplexen Produktmodellen und entwicklungsprozessen gerät dieses absichtliche Vergessen (Intentional Forgetting (IF)) zu einem erheblichen Problem, da es hierfür weder adäquate Vorgehensmodelle noch adäquate IT-Unterstützung gibt. Ziel des Projekts EVOWIP ist es, den Produktentwicklungsprozess um stringente Methoden für das Intentional Forgetting so zu erweitern, dass die Komplexität die im Produktmodell, im Produktentwicklungsprozess und im Prozess des Vergessens selbst steckt, vom Produktentwickler gemeistert werden kann. Hierfür werden in EVOWIP (i) bereits implizit genutzte Vergessensmethoden systematisiert, (ii) zweckdienliche, konsistente und korrekte Wissensrepräsentationsmethoden für das absichtsvolle Vergessen entwickelt, (iii) diese Informatikmethoden in die Produktentwicklung integriert und (iv) diese Vorgehensweise validiert und in einem Vorgehensmodell generalisiert. Mit diesen Arbeiten erzielt EVOWIP grundlegende Beiträge auf drei Ebenen: - Der Produktentwicklungsprozess wird für eine systematische und praktikable Anwendung von IF-Mechanismen durch den Produktentwickler revidiert. - Für ontologiebasierte Wissensbasen werden existierende IF-Operatoren für das (i) Vergessen inferierten Wissens erweitert um neuartige IF-Methoden für (ii) das Erinnern an das Vergessen, (iii) temporäres Vergessen, (iv) die Repräsentation von Leerstellen und (v) kaskadierendes Vergessen. - In der interdisziplinären Zusammenarbeit werden die Wissensrepräsentationsmethoden in den revidierten Produktentwicklungsprozess integriert und validiert.

  • Deep Learning für die multimodellhafte kardiale MR-Bildanalyse und -Quantifizierung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 1. Mai 2020
    Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
    Abstract

    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,

  • Mobile Based Animal Tracker (Mobile-BAT)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 30. Juni 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Abstract
    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.

  • Hardware- und Leistungsorientierte Codegenerierung für Informatik und Ingenieurwesen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    Abstract

    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.

  • 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)
    Abstract

    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.

  • Biomechanical Simulation for the Reconstruction and Synthesis of Human Motion

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2020
    Mittelgeber: Industrie
    Abstract
     In 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 systems

    Inertial 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.

  • 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)

  • Modular composite Joint 3D

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    URL: https://www.mojo-3d.fau.de/

  • Kolbenbolzen für Leichtbau-Design

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Kolbenbolzen für Leichtbau-Design
    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

  • Hybride Simulation vernetzter Energiesysteme

    (Projekt aus Eigenmitteln)

    Laufzeit: seit 1. Januar 2017
    Abstract
    Der 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.

  • KinderCardioCloud Nordbayern - Forschung auf dem Gebiet der Informatik

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2018
    Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013)

  • Molekulare Kommunikationssysteme

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    URL: https://www.idc.tf.fau.de/efi-mcs/
    Abstract

    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.

  • Erforschung, Entwicklung und Realisierung eines"intelligenten Kabel-Monitoring" Systems für Datenkabel

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Januar 2018
    Mittelgeber: Industrie

  • 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/
    Abstract

    Das Projekt ProPE hat zum Ziel eine nachhaltige und strukturierte Anwenderunterstützung bei der effi