Although today’s bipeds are capable of demonstrating impressive locomotion skills, in many aspects, there’s still a big gap compared to the capabilities observed in humans. Partially, this is due to the deployed control paradigms that are mostly based on analytical approaches. The analytical nature of those approaches entails strong model dependencies – regarding the robotic platform as well as the environment – which makes them prone to unknown disturbances. Recently, an increasing number of biologically-inspired control approaches have been presented from which a human-like bipedal gait emerges. Although the control structures only rely on proprioceptive sensory information, the smoothness of the motions and the robustness against external disturbances is impressive. Due to the lack of suitable robotic platforms, until today the controllers have been mostly applied to simulations. Therefore, as the first step towards a suitable platform, this thesis presents the Compliant Robotic Leg (CARL) that features mono- as well as biarticular actuation. The design is driven by a set of core-requirements that is primarily derived from the biologically-inspired behavior-based bipedal locomotion control (B4LC) and complemented by further functional aspects from biomechanical research. Throughout the design process, CARL is understood as a unified dynamic system that emerges from the interplay of the mechanics, the electronics, and the control. Thus, having an explicit control approach and the respective gait in mind, the influence of each subsystem on the characteristics of the overall system is considered carefully. The result is a planar robotic leg whose three joints are driven by five highly integrated linear SEAs– three mono- and two biarticular actuators – with minimized reflected inertia. The SEAs are encapsulated by FPGA-based embedded nodes that are designed to meet the hard application requirements while enabling the deployment of a full-featured robotic framework. CARL’s foot is implemented using a COTS prosthetic foot; the sensor information is obtained from the deformation of its main structure. Both subsystems are integrated into a leg structure that matches the proportions of a human with a size of 1.7 m. The functionality of the subsystems, as well as the overall system, is validated experimentally. In particular, the final experiment demonstrates a coordinated walking motion and thereby confirms that CARL can produce the desired behavior – a natural looking, human-like gait is emerging from the interplay of the behavior-based walking control and the mechatronic system. CARL is robust regarding impacts, the redundant actuation system can render the desired joint torques/impedances, and the foot system supports the walking structurally while it provides the necessary sensory information. Considering that there is no movement of the upper trunk, the angle and torque profiles are comparable to the ones found in humans.

Vor dem Hintergrund, dass kleine und mittlere Flughäfen strukturell defizitär und zumindest in Bezug auf die Infrastrukturfinanzierung auf öffentliche Fördermittel angewiesen sind , stellen sich unweigerlich die Fragen, inwieweit die jeweiligen staatlichen Unterstützungsmaßnahmen mit den beihilferechtlichen Regelungen kompatibel sind bzw. mit welchen Konsequenzen ein Regionalflughafen im Falle eines erwiesenen Beihilfeverstoßes rechnen muss. Die vorliegende Arbeit hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, die Bedeutung des EU-Beihilferechts für Regionalflughäfen in Deutschland aufzuzeigen. Hierfür ist zunächst zu klären, wann ein Flughafen als Regionalflughafen klassifiziert wird, welche Besonderheiten Regionalflughäfen in Deutschland grundsätzlich aufweisen und mit welchen Herausforderungen sie in der heutigen Zeit konfrontiert sind. Exemplarisch soll sich dabei im Besonderen dem Regionalflughafen Frankfurt-Hahn (Rheinland-Pfalz) angenommen werden, da dieser bereits mehrfach das Zielobjekt beihilferechtlicher Untersuchungen sowie diverser Gerichtsverfahren war. Im weiteren Verlauf ist der Frage nachzugehen, unter welchen Gegebenheiten der Beihilfetatbestand bei Regionalflughäfen (insb. am Beispiel Frankfurt-Hahn) erfüllt ist und inwiefern solche Beihilfen akzeptiert bzw. für mit dem Binnenmarkt vereinbar erklärt werden können. In diesem Zuge soll auch ein Überblick über die einschlägigen Normen (Primär-/ Sekundärrecht, „soft law“) sowie die relevante Entscheidungspraxis der Kommission bzw. der Unionsgerichte gegeben werden. Schließlich ist zu untersuchen, welchen Risiken der Regionalflughafen Frankfurt-Hahn momentan aufgrund der beihilferechtlichen Regelungen ausgesetzt ist und welche Folgen mit rechtswidrig gewährten Beihilfen verbunden sein können. Abschließend soll sodann skizziert werden, worauf ein Regionalflughafen in Deutschland zu achten hat, um sich in das Korsett, welches das EU-Beihilferecht diesem Sektor verpasst hat, zu zwängen. Nach einer Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnis ist zuletzt beabsichtigt, auf offene, noch zu erörternde Fragestellungen hinzuweisen.

Die vorliegende Arbeit nimmt den Rahmen für den Transformationsprozess, in dem sich gegenwärtig die österreichische Schulaufsicht befindet, in den Blick indem sie - Herausforderungen für die Aufgaben und die Rolle der Schulaufsicht, die durch gesellschaftliche Veränderungsprozesse und veränderte bildungspolitische Vorgaben entstanden sind, skizziert - aus einem kurzen historischen Überblick heraus schulaufsichtliche Spannungsfelder identifiziert, die durch die gegenwärtige Reform der Schulaufsicht aufgelöst (oder zumindest abgeschwächt) werden sollen - die aktuellen Rahmenbedingungen für schulaufsichtliche Tätigkeit (Schulautonomie und die Einführung der externen Schulevaluation) darstellt. Auf dieser Grundlage, werden Perspektiven für die Entwicklung der Schulaufsicht in der Rolle als - Vermittlerin und Verantwortungsträgerin hinsichtlich der Implementierung von Reformvorhaben, - professionelle Unterstützerin bzw. Beraterin (im Kontext der Rechenschaftslegung eigenverantwortlicher Schulen und der in Österreich erst neu zu definierenden Arbeitsbeziehungen zur externen Schulevaluation) und - strategische Führungskraft, die in supervidierender Form Schulleitungen einer Bildungsregion führt, vorgeschlagen. Diese Perspektiven verstehen sich als ein Beitrag zur Diskussion, wie künftig Schulqualitätsmanager/innen ihre Rolle als Schulaufsichtsorgane entwickeln können. In Zeiten tiefgreifender Veränderungen, die auch eine beträchtliche Unsicherheit im Rollenbild ausgelöst haben, werden damit konkrete Vorschläge zur Entwicklung einer stabilen Rolle von Schulaufsichtspersonen vorgelegt.

Wohl kaum eine andere akademische Disziplin sieht sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt solch grundsätzlichen und herausfordernden Paradigmenverschiebungen gegenüber , wie die Sportwissenschaft. Während andere, die Sportwissenschaft zum Teil berührende Fächer, wie beispielsweise die Neurologie, vielleicht auf deutlichere, plakativere Weise mit den auf die Gesellschaft einwirkenden Folgen einer umfassenden und tiefgreifenden Digitalisierung zu in absehbarer Zeit permanenter Neuorientierung gezwungen werden, erweist sich die Sportwissenschaft als auf subtilere Weise mit jedem der von der Digitalisierung nachdrücklich betroffenen Forschungsbereiche untrennbar verbunden, von der Kybernetik bis hin zu sich ändernden Vorstellungen und Praktiken von sozialer Interaktion und Gemeinschaft. Wo sich die Gesellschaft verändert, verändert sich auch der Sport und in der Folge davon zwangsläufig auch die Sportwissenschaft. Wenn Sport unter dem Blickwinkel seiner Transformationen und Potentiale untersucht wird, kann das Gebiet des „Trendsports“ als außergewöhnlich ergiebiger Gegenstand der Forschung in den Fokus rücken. Die vorliegende Arbeit möchte unter Zuhilfenahme sowohl von theoreti schen Modellen als auch von, in dieser Form erstmals erhobenen exklusiven Daten, Möglichkeiten zur vertiefenden akademische Beschäftigung mit dem Thema „Trendsport“ erörtern und entsprechend Vorschläge zu Methodik, Rahmen und Gegenstand einer skizzierten weiteren Auseinandersetzung der Sportwissenschaft mit diesem Thema entwickeln. Trotz aller Gewissenhaftigkeit bei der Erhebung und Analyse von theoretischen Annahmen und empirischen Daten mag dieser Arbeit aufgrund des beschriebenen dynamischen Zugangs zu ihrer Fragestellung der Charakter der Vorläufigkeit anhaften.

Lecture notes for the lecture "representation theory" WS 2019/2020

Synapses are connections between different nerve cells that form an essential link in neural signal transmission. It is generally distinguished between electrical and chemical synapses, where chemical synapses are more common in the human brain and are also the type we deal with in this work. In chemical synapses, small container-like objects called vesicles fill with neurotransmitter and expel them from the cell during synaptic transmission. This process is vital for communication between neurons. However, to the best of our knowledge no mathematical models that take different filling states of the vesicles into account have been developed before this thesis was written. In this thesis we propose a novel mathematical model for modeling synaptic transmission at chemical synapses which includes the description of vesicles of different filling states. The model consists of a transport equation (for the vesicle growth process) plus three ordinary differential equations (ODEs) and focuses on the presynapse and synaptic cleft. The well-posedness is proved in detail for this partial differential equation (PDE) system. We also propose a few different variations and related models. In particular, an ODE system is derived and a delay differential equation (DDE) system is formulated. We then use nonlinear optimization methods for data fitting to test some of the models on data made available to us by the Animal Physiology group at TU Kaiserslautern.

This thesis investigates how smart sensors can quantify the process of learning. Traditionally, human beings have obtained various skills by inventing technologies. Those who integrate technologies into daily life and enhance their capabilities are called augmented humans. While most existing augmenting human technologies focus on directly assisting specific skills, the objective of this thesis is to assist learning -- the meta-skill to master new skills -- with the aim of long-term augmentations. Learning consists of cognitive activities such as reading, writing, and watching. It has been considered that tracking them by motion sensors (in the same way as the recognition of physical activities) is a challenging task because dynamic body movements could not be observed during cognitive activities. I have solved this problem with smart sensors monitoring eye movements and physiological signals. I propose activity recognition methods using sensors built into eyewear computers. Head movements and eye blinks measured by an infrared proximity sensor on Google Glass could classify five activities including reading with 82% accuracy. Head and eye movements measured by electrooculography on JINS MEME could classify four activities with 70% accuracy. In a wild experiment involving seven participants who wore JINS MEME more than two weeks, deep neural networks could detect natural reading activities with 74% accuracy. I demonstrate Wordometer 2.0, an application to estimate the number of rear words on JINS MEME, which was evaluated in a dataset involving five readers with 11% error rate. Smart sensors can recognize not only activities but also internal states during the activities. I present an expertise recognition method using an eye tracker which performs 70% classification accuracy into three classes using one minute data of reading a textbook, a positive correlation between interest and pupil diameter (p < 0.01), a negative correlation between mental workload and nose temperature measured by an infrared thermal camera (p < 0.05), an interest detection on newspaper articles, and effective gaze and physiological features to estimate self-confidence while solving multiple choice questions and spelling tests of English vocabulary. The quantified learning process can be utilized for feedback to each learner on the basis of the context. I present HyperMind, an interactive intelligent digital textbook. It can be developed on HyperMind Builder which may be employed to augment any electronic text by multimedia aspects activated via gaze. Applications mentioned above have already been deployed at several laboratories including Immersive Quantified Learning Lab (iQL-Lab) at the German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI).

As visualization as a field matures, the discussion about the development of a theory of the field becomes increasingly vivid. Despite some voices claiming that visualization applications would be too different from each other to generalize, there is a significant push towards a better understanding of the principles underlying visual data analysis. As of today, visualization is primarily data-driven. Years of experience in the visalization of all kinds of different data accumulated a vast reservoir of implicit knowledge in the community of how to best represent data according to its shape, its format, and what it is meant to express. This knowledge is complemented by knowledge imported to visualization from a variety of other fields, for example psychology, vision science, color theory, and information theory. Yet, a theory of visualization is still only nascent. One major reason for that is the field's too strong focus on the quantitative aspects of data analysis. Although when designing visualizations major design decisions also consider perception and other human factors, the overall appearance of visualizations as of now is determined primarily by the type and format of the data to be visualized and its quantitative attributes like scale, range, or density. This is also reflected by the current approaches in theoretical work on visualization. The models developed in this regard also concentrate primarily on perceptual and quantitative aspects of visual data analysis. Qualitative considerations like the interpretations made by viewers and the conclusions drawn by analysts currently only play a minor role in the literature. This Thesis contributes to the nascent theory of visualization by investigating approaches to the explicit integration of qualitative considerations into visual data analysis. To this end, it promotes qualitative visual analysis, the explicit discussion of the interpretation of artifacts and structures in the visualization, of efficient workflows designed to optimally support an analyst's reasoning strategy and capturing information about insight provenance, and of design methodology tailoring visualizations towards the insights they are meant to provide rather than to the data they show. Towards this aim, three central qualitative principles of visual information encodings are identified during the development of a model for the visual data analysis process that explicitly includes the anticipated reasoning structure into the consideration. This model can be applied throughout the whole life cycle of a visualization application, from the early design phase to the documentation of insight provenance during analysis using the developed visualization application. The three principles identified inspire novel visual data analysis workflows aiming for an insight-driven data analysis process. Moreover, two case studies prove the benefit of following the qualitative principles of visual information encodings for the design of visualization applications. The formalism applied to the development of the presented theoretical framework is founded in formal logics, mathematical set theory, and the theory of formal languages and automata. The models discussed in this Thesis and the findings derived from them are therefore based on a mathematically well-founded theoretical underpinning. This Thesis establishes a sound theoretical framework for the design and description of visualization applications and the prediction of the conclusions an analyst is capable of drawing from working with the visualization. Thereby, it contributes an important piece to the yet unsolved puzzle of developing a visualization theory.

Das vorliegende Buch soll den Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften mit den Grundlagen der Thermodynamik vertraut machen und an prägnanten Beispielen mit ausführlichen Lösungen zeigen, wie konkrete Probleme anzugehen sind. Die Begriffe Temperatur und Wärme entsprechen der Alltagserfahrung. An- ders als in der Mechanik und Elektrodynamik ist es jedoch erst nach 1900 zu einer mathematisch tragfähigen Formulierung der Thermodynamik gekommen. Dies liegt vor allem daran, daß sie alltägliche Vorgänge der Vielteilchenphysik beschreibt, die ihrer Natur nach statistischen Unbestimmtheiten unterliegen. Deshalb besitzt die Thermodynamik eine andere mathematische Struktur als etwa die Mechanik und wird im Prinzip erst durch die statistische Mechanik vollständig beschrieben, die makroskopische Eigenschaften aus den mikroskopischen molekularen Eigenschaften herleitet. Demgegenüber interessieren in den technischen Anwendungen vor allem die Beziehungen zwischen makroskopischen Mittelwerten, wobei Abweichungen von diesen Mittelwerten nur gelegentlich eine Rolle spielen. In der Thermodynamik gelingt es, die für die Anwendungen wichtigsten statistischen Sachverhalte bereits durch zwei Größen nämlich Temperatur und Entropie darzustellen, ohne die mikro- skopischen Eigenschaften der Moleküle heranziehen zu müssen. Die beiden Größen lassen sich über wenige Erfahrungstatsachen (Hauptsätze) der makroskopischen Phy- sik widerspruchsfrei einführen. Für die meisten Anwendungen in der technischen Thermodynamik und physikalischen Chemie erweist sich diese makroskopische Beschreibung als hinreichend. Das Buch besteht aus vier Teilen: Teil I befaßt sich mit den Grundbegriffen der Thermodynamik. Sie werden für die Gleichgewichtszustände der Systeme über die vier Hauptsätze (Null bis drei) eingeführt. Die Hauptsätze reichen aus, um die Rolle der Temperatur und der thermodynamischen Potentiale zu verstehen und das physikalische Verhalten am absoluten Nullpunkt herzuleiten. Die Anwendungen sind so ausgewählt, daß die we- sentlichen Begriffsbildungen an charakteristischen Beispielen aus den verschiedenen Spezialgebieten der Thermodynamik geklärt werden. Teil II behandelt die Thermodynamik irreversibler Prozesse. Hier wird die lineare Theorie der Ausgleichsvorgänge in räumlich inhomogenen Systemen beschrieben. Diese Systeme werden als Vereinigung vieler kleiner homogener Materialelemen- te mit Konvektionsbewegung dargestellt, von denen sich jedes in einem inneren Gleichgewicht im Sinne von Teil I befindet. Aus der Unterschiedlichkeit der Gleichge- wichtsparameter ergeben sich dann Näherungen für den Zeitverlauf des Ausgleichs- vorgangs. Auf diese Weise entsteht eine zeitabhängige Kontinuumsthermodynamik, die für die meisten praktischen Anwendungen hinreichend ist. Dabei sind die Phä-nomene der thermischen Schwankungen vernachlässigt, die man bei sehr kleinen Materialelementen gesondert beachten muß. Teil III erläutert deshalb die thermischen Schwankungen. Hier werden die statis- tischen Methoden soweit besprochen, als es für Verständnis und Beurteilung der Schwankungen notwendig ist. Eine zentrale Rolle spielt dabei das Schwankungs- -Dissipations Theorem, welches die Höhe und Breite der mittleren Fluktuation abschätzt. Darüberhinaus stellt Teil III den Zusammenhang zwischen Thermodyna- mik und klassischer Mechanik des Vielteilchensystems auf Basis der statistischen Mechanik der Gleichgewichtsphänomene dar. Hier wird der statistische Hintergrund der thermodynamischen Potentiale und der Temperatur erläutert. Teil IV enthält die ausführlichen Lösungen aller Aufgaben. Das Buch ist auch zum Nachschlagen für Physiker, Chemiker und Lehrer geeignet. Mathematisch werden nur Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung sowie der Vektoranalysis vorausgesetzt. Zur Orientierung in der Vielfalt der Spezialgebiete werden Hinweise zu Lehrbüchern der technischen Thermodynamik und physikali- schen Chemie gegeben. Die Tabellen im Anhang stellen dem Leser einige für die Praxis wichtige Daten direkt zur Verfügung.

Auf dem Weg von der Lehrkraft in die Führungsebene an Bildungsinstitutionen wird ein Rollenwechsel durchlebt. Dieser Rollenwechsel bietet Chancen, fordert Veränderungen und stellt vor Herausforderungen. Welche dies im Detail sind und wie diese einzuordnen sind, ist Thema der Arbeit. Dabei wird aufgrund einer wissenschaftlichen Analyse systematisiert und soll den Leser*innen die Möglichkeit bieten sich mit den Anforderungen des Rollenwechsels vertraut zu machen sowie mögliche Hilfestellungen zu holen.

Mit dem Einsatz stiftförmiger Verbindungsmittel am Stabende werden Holzstäbe durch die notwendigen Bohrlöcher für die Verbindungsmittel und durch die notwendigen Schlitze für etwaige Verbindungsbleche stets geometrisch und damit statisch geschwächt. Das volle Tragpotential des Einzelstabes kann somit - mit konventionellen Verbindungsmitteln, wie Stabdübeln, (Pass)-Bolzen aber auch Dübeln besonderer Bauart – nicht vollständig ausgeschöpft werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verstärkung von Bauteilanschlüssen in auf Normalkraft beanspruchten Stabtragwerken mit Kunstharzpressholz (KP) untersucht, das mittels einer Keilzinkenverbindung an die Enden nativer Stäbe geklebt wird. Es werden sowohl charakteristische Keilzinkenfestigkeiten unterschiedlicher Profilgeometrien an hybriden Verbindungen zwischen nativem Holz und KP ermittelt als auch Lochleibungsfestigkeiten von KP unterschiedlichen Aufbaus an zylindrischen Verbindungsmitteln mit einem Durchmesser von d = 8 mm bis d = 60 mm bestimmt. Die Untersuchungen belegen, dass die Tragfähigkeit des Anschlussbereiches sowie die Tragfähigkeit der Keilzinkenverbindung zwischen nativem Holz und KP größer ist als die Tragfähigkeit des Bruttoquerschnitts eines nativen Stabes bis Festigkeitsklasse C35. Deshalb kann die volle Tragfähigkeit des Bruttoquerschnitts für den statischen Nachweis angesetzt und damit eine Bemessung auf den Spannungsnachweis bei Zugstäben und auf den Stabilitätsnachweis bei Druckstäben vereinfacht werden. Gleichzeitig ist eine Reduktion der für die Verbindung notwendigen zylindrischen Verbindungsmittel auf ein einziges möglich, was die Bauteilmontage als auch die Bauteildemontage erheblich vereinfacht. Aufgrund seiner hohen Festigkeit, Härte und Formstabilität eignet sich KP bestens um reversible Bauteilanschlüsse auszubilden. Um die Verbindung zerstörungsfrei zu lösen und um die Wiederverwendbarkeit der Bauteile zu ermöglichen, müssen plastisch irreversible Verformungen der Verbindungsmittel als auch der Lochleibung ausgeschlossen werden. Innerhalb dieser Arbeit wird neben den eigentlichen Lochleibungsfestigkeiten daher auch der Einfluss der Verbindungsmittelschlankheit auf das Tragverhalten von Anschlüssen mit zylindrischen Verbindungsmitteln in KP untersucht. Neben Scher-Lochleibungsanschlüssen werden auch Anschlüsse mit vorgespannten Schrauben im KP-verstärkten Stabende thematisiert. Im Vergleich zu reinen Scher-Lochleibungsverbindungen kann mit gleitfesten Verbindungen die Tragfähigkeit des Bauteilanschlusses signifikant gesteigert werden. Zudem lassen sich unter Einhaltung üblicher Bauteiltoleranzen nach DIN 18203-3 (2008) zugleich hohe Anschlusssteifigkeiten realisieren. Für Scher-Lochleibungsanschlüsse und für gleitfeste Anschlüsse werden Gleichungssysteme als auch Bemessungstabellen entwickelt. Das Potential KP-verstärkter Stäbe wird am Beispiel modular aufgebauter Fachwerkträger mit Scher-Lochleibungsverbindungen erörtert. Abschließend werden ringförmige Knotenanschlüsse aus KP vorgestellt. Mit diesen organisch geformten Freiformknoten können Stäbe unterschiedlichen Querschnitts, unterschiedlicher Länge und unter unterschiedlichen Winkeln gestoßen werden. Mit dieser Arbeit wird die Grundlage zur Bemessung von Holztragwerken mit Knotenverstärkungen aus KP geschaffen.

Mehrschichtige Stahlbetonwandtafeln bestehen aus einer Trag- und Vorsatzschale aus Stahlbeton sowie einer innenliegenden Dämmschicht. Die als Fassade fungierende Vorsatzschale ist in der Regel nichttragend und dient als Wetterschutzschicht für die Wärmedämmung sowie zur Gestaltung des Gebäudes. Trotz der nichttragenden Funktion werden diese Fassaden massiv ausgeführt, da die innenliegende Bewehrung vor Korrosion geschützt werden muss. Das widerspricht dem Trend zu immer größeren, filigranen Sichtbetonfassaden, die ein Minimum an Fugen aufweisen. Durch innovative Entwicklungen im Bereich der Betontechnologie sowie in der Verankerungstechnik wird der Bau von filigranen, unbewehrten, energieeffizienten und nachhaltigen Architekturbetonfassaden mit wenigen Zentimetern Bauteildicke als Vorsatzschale von mehrschichtigen Stahlbetonwand-tafeln ermöglicht. Dieses Potential eröffnet sich durch die Verwendung von Ultrahochleistungsbetonen, die sich unteranderem durch ihre hohe Zug- und Biegezugfestigkeit auszeichnen. Durch Verbindungsmittel aus glasfaserverstärktem Kunststoff wird die Fassade mehrfach statisch unbestimmt befestigt. Aufgrund des vergleichsweise geringen Elastizitätsmoduls können die sonst kritischen Belastungen infolge Zwangs reduziert werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines abgesicherten Bemessungskonzeptes um unbewehrte, punktgestützte Fassaden als Vorsatzschicht in mehrschichtigen Stahlbetonwandtafeln bemessen zu können. Dabei liegt der Fokus auf der Berücksichtigung von Zwangseinwirkungen, Expositionen und geometrischen Einflüssen. Es werden umfangreiche, kleinmaßstäbliche Versuche durchgeführt, um den Maßstabseffekt, den Einfluss der Tragrichtung, des verwendeten Gesteins sowie Expositionen infolge Temperatur, Feuchtigkeit und Frost-Tau-Wechseln auf den Materialwiderstand zu untersuchen. In Großversuchen werden ausgewählte Expositionen sowie geometrische Parameter am Gesamtsystem erforscht. Weiterhin wird der Einfluss der lokalen und globalen Steifigkeit der Unterkonstruktion analysiert. In einem nächsten Schritt erfolgen die numerische Simulation des Fassadensystems und die Modellverifizierung anhand der Ergebnisse der Großversuche. Mithilfe einer Parameterstudie wird der Einfluss einer globalen und lokalen Steifigkeitsänderung der Unterkonstruktion untersucht. Ein weiterer Fokus liegt auf der Spannungsverteilung im Bereich einspringender Bauteilecken. Die Ergebnisse münden in einem Bemessungskonzept und Konstruktionsregeln für die Fassadenplatte, Verbindungsmittel sowie die Verankerung. Für die Fassade wird ein Biege- und Normalkraftnachweis eingeführt. Die Verbindungsmittel werden auf Biegung und Zug, Schub und Stabilität nachgewiesen. Hinsichtlich der Verankerung wird ein Zug-, Querzug- und Drucknachweis geführt. Das Bemessungskonzept basiert auf einer Kombination der Bemessung von Glas- und Betonwerksteinfassaden, beinhaltet Geometriefaktoren wie im Holzbau und berücksichtigt erstmalig und planmäßig auch Zwangseinwirkungen. Die Berechnungsmodelle werden anhand der Versuchsergebnisse plausibilisiert. Ein semiprobabilistisches Teilsicherheitskonzept mit der Bestimmung des Teilsicherheitsbeiwertes für UHPC (engl. Ultra High Performance Concrete) sowie ein Resttragfähigkeitsnachweis runden die Arbeit ab.

The gamification of mHealth applications is a critically discussed topic. On one hand, studies show that gamification can have positive impact on an app’s usability and user experience. Furthermore, evidence grows that gamification can positively influence the regular usage of health apps. On the other hand it is questioned whether gamification is useful for health apps in all contexts, especially regarding stress management. However, to this point few studies investigated the gamification of stress management apps. This thesis describes the iterative development of the gamified stress management app “Stress-Mentor” and examines whether the implemented gamification concept results in changes in the app’s usage behavior, as well as in usability and user experience ratings. The results outline how the users’ involvement in “Stress-Mentor’s” development through different studies influenced the app’s design and helped to identify necessary improvements. The thesis also shows that users who received a gamified app version used the app more frequently than users of a non-gamified control group. While gamification of stress management is critically discussed, it was positively received by the users of “Stress-Mentor” throughout the app’s development. The results also showed that gamification can have positive effects on the usage behavior of a stress management app and therefore, results in an increased exposure to the app’s content. Moreover, an expert study outlined the applicability of “Stress-Mentor’s” concept for other health contexts.

Self-directed learning is becoming more important than ever. In a rapidly changing world, learners must be ready to face new obstacles. Self-directed learning gives the learners the chance to adapt to these social contextual changes. But facilitating self-directed learning in formal settings seems to be a risky task and venture. To accomplish its facilitation, many limits must be overcome. In this thesis, lessons at a German school called a Gymnasium – the type of school where learners can get the highest school level degree – were observed in order to find out in how far elements of self-directed learning can be found in the observed lessons. For the comparison, the process elements of Knowles’ book “Self-Directed Learning: A Guide for Learners and Teachers” from 1975 were adapted to the observations of the lessons. A central part of the observations and interviews of the teachers was to find out which limitations in the facilitation of self-directed learning can be found in terms of the institutional framework and the attitude of the teachers. The results of the observations highly differentiated. Whereas in many of the observed scientific lessons, many elements of self-directed learning were found, the lessons in social studies were teacher-directed. Also, a different attitude between the teachers was found in terms of the support for self-directed learning. Importantly, the thesis includes the scientific critic of self-directed learning instead of excluding it and proposes the facilitation of Grow’s “Self-Directed-Learning Model” (1991) where the level of the learner’s self-directed learning is supposed to progress during school. This thesis is relevant for educators, curriculum developers, teachers and policymakers to help them identify the difficulties and chances to facilitate SDL in formal settings.

To exploit the whole potential of Additive Manufacturing (AM), a sound knowledge about the mechanical and especially cyclic properties of AM materials as well as their dependency on the process parameters is indispensable. In the presented work, the influence of chemical composition of the used powder on the fatigue behavior of Selectively Laser Melted (SLM) and Laser Deposition Welded (LDW) specimens made of austenitic stainless steel AISI 316L was investigated. Therefore, in each manufacturing process two variations of chemical composition of the used powder were utilized. For qualitative characterization of the materials cyclic deformation behavior, load increase tests (LITs) were performed and further used for the physically based lifetime calculation method (PhyBaLLIT), enabling an efficient determination of stress (S)–number of cycles to failure (Nf) curves (S–Nf), which show excellent correlation to additionally performed constant amplitude tests (CATs). Moreover, instrumented cyclic indentation tests (PhyBaLCHT) were utilized to characterize the materials’ defect tolerance in a comparably short time. All material variants exhibit a high influence of microstructural defects on the fatigue properties. Consequently, for the SLM process a higher fatigue lifetime at lower stress amplitudes could be observed for the batch with a higher defect tolerance, resulting from a more pronounced deformation induced austenite–α’-martensite transformation. In correspondence to that, the batch of LDW material with an increased defect tolerance exhibit a higher fatigue strength. However, the differences in defect tolerance between the LDW batches is only slightly influenced by phase transformation and seems to be mainly governed by differences in hardening potential of the austenitic microstructure. Furthermore, a significantly higher fatigue strength could be observed for SLM material in relation to LDW specimens, because of a refined microstructure and smaller microstructural defects of SLM specimens.

In an overall effort to contribute to the steadily expanding EO literature, this cumulative dissertation aims to help the literature to advance with greater clarity, comprehensive modeling, and more robust research designs. To achieve this, the first paper of this dissertation focuses on the consistency and coherence in variable choices and modeling considerations by conducting a systematic quantitative review of the EO-performance literature. Drawing on the plethora of previous EO studies, the second paper employs a comprehensive meta-analytic structural equation modeling approach (MASEM) to explore the potential for unique component-level relationships among EO’s three core dimensions in antecedent to outcome relationships. The third paper draws on these component-level insights and performs a finer-grained replication of the seminal MASEM of Rosenbusch, Rauch, and Bausch (2013) that proposes EO as a full mediator between the task environment and firm performance. The fourth and final paper of this cumulative dissertation illustrates exigent endogeneity concerns inherent in observational EO-performance research and provides guidance on how researchers can move towards establishing causal relationships.

In dieser Arbeit wurde die Auswirkung der Bezugspunktverschiebung [19, 20, 21, 22, 30, 31, 32, 36] des DIN-Entwurfes 6800-2 2016 bei Elektronenstrahlung, so-wie die Durchführbarkeit der Elektronen-Absolutdosimetrie mit Farmer-Kammern untersucht. Des Weiteren wurde der kE,R-Faktor für Farmerkammern bestimmt. Verwendet wurden vier Flachkammern unterschiedlicher Bauart (Roos-Kammer, Markus-Kammer, Advanced-Markus-Kammer der Firma PTW; PPC40-Kammer der Firma IBA) und drei Farmer-Kammer gleicher Bauart (PTW). Die Messungen wurden mit Elektronenenergien von 4 MeV bis 15 MeV durchgeführt. In den aufgenommenen Tiefendosiskurven ist die Bezugspunktverschiebung (Δz) deutlich zu sehen. Die Kurven sind je nach Verschiebung parallel nach links (+Δz) oder rechts (-Δz) versetzt. Entsprechend verkürzt oder verlängert sich das Eintrittsfenster. Die sich dadurch veränderten Werte für die Halbwerttiefen der Ionendosis wirken sich widerrum auf die für die Absolutdosimetrie benötigten Referenztiefen zref aus. Diese Änderung der Messtiefe wird allerdings durch die neuen Formeln zur Berechnung der Halbwerttiefe der Wasser-Energiedosis nahezu egalisiert. Die neuen Berechnungsvorschriften für den Korrektionsfaktor zur Berücksichtigung des Einflusses der Strahlungsqualität der Elektronenstrahlung hin-gegen haben größere Auswirkungen auf die Dosiswerte. Der kE,R-Faktor der Farmer-Kammern wurde durch einen Dosisvergleich mit der Roos-Kammer ermittelt. Der Mittelwert der Dosis aller drei Farmer-Kammern pro Energie wurde mit der Dosis der Roos-Kammer verglichen, der Unterschied als kE,R-Faktor bestimmt. Zusätzlich wurde das Verhalten der Farmer-Kammer bei der Absolutdosimetrie mit Elektronenstrahlung betrachtet. Hierbei wurde eine hohe Stabilität sowohl in den Tiefendosiskurven als auch in der Absolutdosimetrie deutlich, sodass die Farmer-Kammer der Firma PTW als für die Absolutdosimetrie mit Elektronenstrahlung < 10 MeV geeignet eingestuft wird.

Die vorliegende Dissertation thematisiert die Weiterentwicklung der Zwei-Photonen Laserlithographie zur Realisierung hochaufgelöster Maßverkörperungen für die Kalibrierung optisch-flächenhafter Topographie-Messgeräte nach DIN EN ISO 25178. Die additive Fertigung als generelle Bezeichnung für ein schicht- oder punktweise auftragendes Fertigungsverfahren prosperiert und wird in Zukunft laut der von der Bundesregierung eingerichteten Expertenkommission für Forschung und Innovation (EFI) eine wichtige Rolle als Schlüsseltechnologie einnehmen. Anstatt Bauteile z.B. aus einem soliden Block geometrielimitiert herauszufräsen, baut die additive Fertigung das entsprechende Werkstück aus Metallen, Kunst- oder Verbundwerkstoffen sukzessive auf und ist dabei von der Geometrie meist unabhängig. Dadurch ist die Technologie z.B. für das rapid prototyping interessant und erlaubt einen strukturgetriebenen Herstellungsprozess: "Die Bauteile der Zukunft werden nicht designt sondern berechnet!" (Dr. Karsten Heuser, VP Additive Manufacturing, Siemens AG bei 3D Printing and Industry 4.0: An Industry Perspective, Photonics West 2018, San Francisco, 31.01.2018 (frei übersetzt)). Speziell auf der Mikro- und Nanoskala erfreut sich die additive Fertigung einer wachsenden Bedeutung. Angefangen bei den zunächst fundamentalen Fragestellungen auf den Gebieten der photonischen Kristalle, biologischen Zelltemplaten oder Metamaterialen erhält so z.B. die Zwei-Photonen Laserlithographie, auch direct laser writing (DLW) genannt, einen immer stärkeren Einzug in die Industrie. Beim DLW werden Bereiche photosensitiver Materialien, z.B. Photolacke, mithilfe eines fokussierten Laserstrahls gezielt ausgehärtet, sodass über präzise Relativbewegungen von Lack und Fokus nahezu beliebige 3D Strukturen mit Details auf der Gröÿenordnung des Laserfokus generiert werden können. Dabei spielt die namensgebende, nichtlineare Zwei-Photonen Absorption (2PA) eine entscheidende Rolle: Nur bei einer nahezu simultanen Absorption von zwei Photonen ist die eingebrachte Energie ausreichend hoch, um die gewünschte Aushärtung des Materials zu initiieren. Der entsprechende Zwei-Photonen Absorptionsquerschnitt skaliert mit dem Quadrat der Lichtintensität und dem Imaginärteil der elektrischen Suszeptibilität dritter Ordnung chi(3), sodass beim DLW auch von einem chi(3)-Prozess gesprochen wird. Die zur Aushärtung notwendige Photonenendichte ist somit ausschlieÿlich im Fokus des verwendeten Objektivs hoch genug und erlaubt dadurch die Fertigung von Strukturdetails im Bereich von 100 nm. Eine aktuelle Anwendung findet das DLW in der Metrologie. Hier werden beispielsweise für die Kalibrierung optischer Messgeräte sogenannte Kalibrierkörper benötigt, welche als Referenzstrukturen dienen. Mit dem Wissen der entsprechenden Referenzkennwerte lassen sich die jeweiligen Messgeräteabweichungen bestimmen gegebenenfalls bei der Datenauswertung korrigieren. Dadurch werden die Ergebnisse für Forschung und Industrie verlässlicher, reproduzierbarer und vergleichbarer. Das DLW erlaubt aufgrund seiner hohen Flexibilität und Designfreiheit erstmals, sämtliche Kalibrierkörper für eine ganzheitliche Messgerätekalibrierung kombiniert auf einem einzelnen Trägersubstrat herzustellen. Um das Alterungs- und Skalierungsverhalten sowie die jeweiligen Kalibriereigenschaften der additiv gefertigten Strukturen für einen nachhaltigen technologischen Einsatz attraktiv zu halten, ist ein tiefergehendes Verständnis des entsprechenden Materialsystems unabdingbar. Unter bestimmten Bedingungen zeigt sich, dass die zeitabhängigen Veränderungen der Strukturen nach der thermisch beschleunigten Alterung nach Arrhenius auf den industriell relevanten Zeitskalen von einigen Jahren vernachlässigt werden kann. Auch die für die Kalibrierung unterschiedlicher Objektivvergröÿerungen notwendige Skalierung dieser Kalibrierkörper liefert nach entsprechender Herstellungsoptimierung verlässliche Daten: Sowohl filigrane Strukturen im Bereich einiger weniger Mikrometer und darunter zur Auflösungskalibrierung stark vergrößernder Optiken, als auch großflächige Strukturen von nahezu 1mm² für niedrigere Vergrößerungen bei ähnlicher Auflösung erweisen sich als realisierbar. Um die für eine Auflösungskalibrierung ausreichend hohe Qualität der gefertigten Kalibrierkörper auch in Zukunft zu gewährleisten, muss die Technologie des DLWs stetig weiterentwickelt werden. Die gezielte Aberrationskorrektur des strukturierenden Laserfokus stellt in diesem Kontext zwar eine vielversprechende Option dar, die etablierte iterative Phasenfrontmodifikation mittels Zernike-Polynome erweist sich allerdings als aufwendig und subjektiv. Im Hinblick auf Reproduzierbarkeit und Präzision soll daher zunächst ein passender Algorithmus Abhilfe schaffen. Das Grundprinzip beruht dabei auf dem sogenannten Gerchberg-Saxton Algorithmus, bei dem die Amplitudeninformation sowohl in der Fokus-, als auch in der Pupillenebene iterativ variiert wird. Dadurch werden die Aberrationen über die Phasenverteilung repräsentiert, welche im Anschluss zur Korrektur der Aberrationen verwendet werden kann. Diese Herangehensweise konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmals auf Systeme hoher numerischer Apertur sowie auf nahezu beliebige fokale Intensitätsverteilungen erweitert werden. Die technologische Grundlage hierfür liefert ein räumlicher Lichtmodulator (spatial light modulator, SLM), der die Feldverteilung in der Pupillenebene mittels doppelbrechender Flüssigkristalle einstellt. Durch einen geschickten Aufbau können somit Phase und Amplitude des Laserstrahls über computergenerierte digitale Hologramme gezielt und ohne mechanische Einwirkung verändert werden. Die somit automatisierte Aberrationskorrektur verbessert in der Folge die Strukturierungseigenschaften der Fertigungstechnologie und damit die Qualität der resultierenden Kalibrierkörper. Eine weitere Verbesserung erfolgt in Analogie zum Nobelpreis gekürten Prinzip der STED Mikroskopie, bei der durch stimulierte Emission das effektive Anregungsvolumen verkleinert und damit die laterale Distanz zwischen zwei gerade noch aufgelösten Strukturen von einigen wenigen hundert Nanometern auf ca. fünf Nanometer verbessert wurde. In der Lithographie erfolgt die stimulierte Emission durch einen zweiten Laser via Ein-Photonen Absorption (1PA ~chi(1)), ist jedoch aufgrund komplexer photochemischer und quantenmechanischer Prozesse in den Photolacken nicht unmittelbar aus der Mikroskopie übertragbar. Die grundlegende Machbarkeit wurde bereits von anderen Forschungsgruppen verifiziert, jedoch stets mit der Limitierung auf sehr geringe Strukturierungsgeschwindigkeiten im Bereich von ungefähr 100 µm/s. Damit würden die zuvor erwähnten großflächigen Kalibrierstrukturen bei unveränderten Parametern eine Fabrikationszeit von über einem Monat beanspruchen, weswegen das Verfahren im Rahmen dieser Arbeit auf das ca. 200 mal schnellere Strukturieren mittels Galvanometerspiegel erweitert wird. Dies wird zwar durch wellenlängenabhängige Eigenschaften des Systems, wie z.B. chromatische Aberrationen erschwert, dennoch ergeben sich nachweislich einige Fortschritte: Unerwünschte Abweichungen von der Sollstruktur durch die experimentell stets vorhandene Vignettierung können deutlich reduziert werden. Außerdem kann der Parameterbereich zur Erzeugung konstant hoher Strukturqualität deutlich vergrößert werden. In Kombination mit den SLMs können somit, je nach Anforderungen der Zielstrukturen, die jeweils passenden fokalen Intensitätsverteilungen für den An- und Abregungsstrahlengang automatisiert generiert und optimiert werden. Zudem wurde durch die in dieser Arbeit erbrachten konzeptionellen Fortschritte der STED inspirierten Zwei-Photonen Laserlithographie die Grundlage für eine industrielle Anwendung der erzeugten Kalibrierstrukturen in der Metrologie gelegt.

This work describes the development of a continuum phase field model that can describe static as well as dynamic wetting scenarios on the nano- and microscale. The model reaches this goal by a direct integration of an equation of state as well as a direct integration of the dissipative properties of a specific fluid, which are both obtained from molecular simulations. The presented approach leads to good agreement between the predictions of the phase field model and the physical properties of the regarded fluid. The implementation of the model employs a mixed finite element formulation, a newly developed semi-implicit time integration scheme, as well as the concept of hyper-dual numbers. This ensures a straightforward and robust exchangeability of the constitutive equation for the regarded fluid. The presented simulations show good agreement between the results of the present phase field model and results from molecular dynamics simulations. Furthermore, the results show that the model enables the investigation of wetting scenarios on the microscale. The continuum phase field model of this work bridges the gap between the molecular models on the nanoscale and the phenomenologically motivated continuum models on the macroscale.

The advent of heterogeneous many-core systems has increased the spectrum of achievable performance from multi-threaded programming. As the processor components become more distributed, the cost of synchronization and communication needed to access the shared resources increases. Concurrent linearizable access to shared objects can be prohibitively expensive in a high contention workload. Though there are various mechanisms (e.g., lock-free data structures) to circumvent the synchronization overhead in linearizable objects, it still incurs performance overhead for many concurrent data types. Moreover, many applications do not require linearizable objects and apply ad-hoc techniques to eliminate synchronous atomic updates. In this thesis, we propose the Global-Local View Model. This programming model exploits the heterogeneous access latencies in many-core systems. In this model, each thread maintains different views on the shared object: a thread-local view and a global view. As the thread-local view is not shared, it can be updated without incurring synchronization costs. The local updates become visible to other threads only after the thread-local view is merged with the global view. This scheme improves the performance at the expense of linearizability. Besides the weak operations on the local view, the model also allows strong operations on the global view. Combining operations on the global and the local views, we can build data types with customizable consistency semantics on the spectrum between sequential and purely mergeable data types. Thus the model provides a framework that captures the semantics of Multi-View Data Types. We discuss a formal operational semantics of the model. We also introduce a verification method to verify the correctness of the implementation of several multi-view data types. Frequently, applications require updating shared objects in an “all-or-nothing” manner. Therefore, the mechanisms to synchronize access to individual objects are not sufficient. Software Transactional Memory (STM) is a mechanism that helps the programmer to correctly synchronize access to multiple mutable shared data by serializing the transactional reads and writes. But under high contention, serializable transactions incur frequent aborts and limit parallelism, which can lead to severe performance degradation. Mergeable Transactional Memory (MTM), proposed in this thesis, allows accessing multi-view data types within a transaction. Instead of aborting and re-executing the transaction, MTM merges its changes using the data-type specific merge semantics. Thus it provides a consistency semantics that allows for more scalability even under contention. The evaluation of our prototype implementation in Haskell shows that mergeable transactions outperform serializable transactions even under low contention while providing a structured and type-safe interface.

We present an overview of functional metallic microstructures fabricated via direct laser writing out of the liquid phase. Metallic microstructures often are key components in diverse applications such as, e.g., microelectromechanical systems (MEMS). Since the metallic component’s functionality mostly depends on other components, a technology that enables on-chip fabrication of these metal structures is highly desirable. Direct laser writing via multiphoton absorption is such a fabrication method. In the past, it has mostly been used to fabricate multidimensional polymeric structures. However, during the last few years different groups have put effort into the development of novel photosensitive materials that enable fabrication of metallic—especially gold and silver—microstructures. The results of these efforts are summarized in this review and show that direct laser fabrication of metallic microstructures has reached the level of applicability.

Das Ermüdungsverhalten hochfester Stähle wird durch nichtmetallische Einschlüsse im Werkstoff bestimmt, die unter zyklischer Beanspruchung zu Rissinitiierung führen. Bisher noch nicht vollständig verstandene Ermüdungsvorgänge führen auch noch bei sehr hohen Lastspielzahlen über 10^7 Zyklen zu Versagen (Very high cycle fatigue - VHCF) und somit zum Verlust der „klassischen“ Dauerfestigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zur Klärung dieses Phänomens Ermüdungsversuche mit dem hochfesten Stahl 100Cr6 durchgeführt und die VHCF-Rissinitiierung untersucht. Zusätzlich zum natürlichen Versagen durch Einschlüsse wurde die VHCF-Rissinitiierung unter definierten Bedingungen mit künstlichen Defekten nachgestellt und untersucht. Um einen Einblick in die VHCF-Ermüdungsvorgänge zu erhalten, wurde die lokale Mikrostruktur im Bereich der Rissinitiierung mittels REM, FIB, TEM und APT analysiert. Auf Basis der beobachteten Veränderungen der lokalen Mikrostruktur um Defekte und der damit einhergehenden frühen Rissausbreitung im VHCF-Bereich kann der zugrundeliegende Mechanismus, der schlussendlich für die VHCF-Schädigung verantwortlich ist, aufgeklärt werden. Durch bruchmechanische Bewertung der rissinitiierenden Defekte aus Einstufen- und VHCF-Laststeigerungsversuchen konnten zudem Schwellenwerte des Spannungsintensitätsfaktors für VHCF-Versagen in hochfesten Stählen abgeleitet werden, die die Grenzen der VHCF-Schädigung bis zu 10^9 Zyklen festlegen.

Nowadays a large part of communication is taking place on social media platforms such as Twitter, Facebook, Instagram, or YouTube, where messages often include multimedia contents (e.g., images, GIFs or videos). Since such messages are in digital form, computers can in principle process them in order to make our lives more convenient and help us overcome arising issues. However, these goals require the ability to capture what these messages mean to us, that is, how we interpret them from our own subjective points of view. Thus, the main goal of this dissertation is to advance a machine's ability to interpret social media contents in a more natural, subjective way. To this end, three research questions are addressed. The first question aims at answering "How to model human interpretation for machine learning?" We describe a way of modeling interpretation which allows for analyzing single or multiple ways of interpretation of both humans and computer models within the same theoretic framework. In a comprehensive survey we collect various possibilities for such a computational analysis. Particularly interesting are machine learning approaches where a single neural network learns multiple ways of interpretation. For example, a neural network can be trained to predict user-specific movie ratings from movie features and user ID, and can then be analyzed to understand how users rate movies. This is a promising direction, as neural networks are capable of learning complex patterns. However, how analysis results depend on network architecture is a largely unexplored topic. For the example of movie ratings, we show that the way of combining information for prediction can affect both prediction performance and what the network learns about the various ways of interpretation (corresponding to users). Since some application-specific details for dealing with human interpretation only become visible when going deeper into particular use-cases, the other two research questions of this dissertation are concerned with two selected application domains: Subjective visual interpretation and gang violence prevention. The first application study deals with subjectivity that comes from personal attitudes and aims at answering "How can we predict subjective image interpretation one would expect from the general public on photo-sharing platforms such as Flickr?" The predictions in this case take the form of subjective concepts or phrases. Our study on gang violence prevention is more community-centered and considers the question "How can we automatically detect tweets of gang members which could potentially lead to violence?" There, the psychosocial codes aggression, loss and substance use serve as proxy to estimate the subjective implications of online messages. In these two distinct application domains, we develop novel machine learning models for predicting subjective interpretations of images or tweets with images, respectively. In the process of building these detection tools, we also create three different datasets which we share with the research community. Furthermore, we see that some domains such as Chicago gangs require special care due to high vulnerability of involved users. This motivated us to establish and describe an in-depth collaboration between social work researchers and computer scientists. As machine learning is incorporating more and more subjective components and gaining societal impact, we have good reason to believe that similar collaborations between the humanities and computer science will become increasingly necessary to advance the field in an ethical way.

Entscheidungen und Entscheidungsprozesse der Legislative der Vereinigten Staaten von Amerika

Die Autorin entfaltet Vorschläge, wie eine Pädagogik der Anerkennung in der Erwachsenenbildung von Pflegekräften gestaltet werden kann, insbesondere vor dem Hintergrund der emotionalen Kompetenz, des Dialoges , der Dekonstruktion und der ästhetischen Signatur. Methodisch liegen der Arbeit eine systematische Literaturrecherche und narrative Interviews zugrunde.Die theoriebasierte Konzeption eines Lehr - Lernarrangements auf Augenhöhe findet ihre Operationalisierung in der Ausbildung Gesundheits-und Krankenpflege mit integrierter Fachweiterbildung Intensivmedizin und Anästhesie.

More than ten years ago, ER-ANT1 was shown to act as an ATP/ADP antiporter and to exist in the endoplasmic reticulum (ER) of higher plants. Because structurally different transporters generally mediate energy provision to the ER, the physiological function of ER-ANT1 was not directly evident. Interestingly, mutant plants lacking ER-ANT1 exhibit a photorespiratory phenotype. Although many research efforts were undertaken, the possible connection between the transporter and photorespiration also remained elusive. Here, a forward genetic approach was used to decipher the role of ER-ANT1 in the plant context and its association to photorespiration. This strategy identified that additional absence of a putative HAD-type phosphatase partially restored the photorespiratory phenotype. Localisation studies revealed that the corresponding protein is targeted to the chloroplast. Moreover, biochemical analyses demonstrate that the HAD-type phosphatase is specific for pyridoxal phosphate. These observations, together with transcriptional and metabolic data of corresponding single (ER-ANT1) and double (ER-ANT1, phosphatase) loss-of-function mutant plants revealed an unexpected connection of ER-ANT1 to vitamin B6 metabolism. Finally, a scenario is proposed, which explains how ER-ANT1 may influence B6 vitamer phosphorylation, by this affects photorespiration and causes several other physiological alterations observed in the corresponding loss-of-function mutant plants.

Im Rahmen des laufenden Forschungsprojekts “Medienpädagogische Kom- petenz des beruflichen Weiterbildungspersonals zur Unterstützung des Ein- satzes digitaler Medien in formalen, non-formalen und informellen Lernset- tings – MEKWEP” des Deutschen Institut für Erwachsenenbildung (DIE) in Kooperation mit dem Fachgebiet der Pädagogik der Technischen Universität Kaiserslautern wurde ein medienpädagogisches Kompetenzmodell als Orien- tierung für Lehrende in der Erwachsenenbildung erstellt, um deren persönli- che Professionalisierung zu überprüfen.10 Es stellt sich nun die Frage, wie sich Lehrende in der Erwachsenenbildung die geforderten medienpädagogischen Kompetenzen aneignen können, um eine professionelle Handlungsfähigkeit gewährleisten zu können und der Di- gitalisierung im Gleichschritt zu begegnen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf non-formale Weiterbildungsan- gebote zur E-Trainer-Qualifizierung. Ziel ist es zunächst herauszufinden, welche Weiterbildungsangebote auf dem Markt zu finden sind, um im An- schluss eine Aussage darüber treffen zu können, welche medienpädagogi- schen Inhalte des Kompetenzmodells in solchen Angeboten berücksichtigt werden.

Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit mehreren Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Auf diesen Grundgestellen aus Beton werden neben Gehäusen, Getrieben, Werkzeughaltern, Trafos usw. vor allem die beweglichen Teile der Maschine befestigt. Gängige Praxis hierfür ist die Verwendung von Linearführungsschienen. Diese Arbeit untersucht die vorgespannte, geschraubte Befestigung der Linearführung auf geschliffenen Betonoberfläche mit Hilfe von speziellen Gewindehülsen. In rechnerischen Voruntersuchungen mittels der FE-Methode wurde der Kraftfluss von der Linearführung über die Befestigungsschraube zur Gewindehülse bis in den Betonuntergrund untersucht und darauf aufbauend ein Versuchsprogramm festgelegt. Probekörper aus hochfestem Beton des Marktführers wurden hergestellt und experimentell untersucht. Nach der Auswertung der Versuche wurde ein Bemessungskonzept entwickelt und in Form einer schrittweisen Anleitung festgehalten. Mehrere Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrens. Berechnungen, Versuchskonzeption, Durchführung der Versuche, Versuchsauswertung sowie die Entwicklung des Bemessungskonzeptes erfolgten durch den Verfasser. Die Versuche wurden in seiner Anwesenheit in seinem Betrieb, in spezialisierten Unternehmen mit entsprechender Geräteausstattung und zum größten Teil an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die hier betrachteten Untersuchungen und Bemessungsvorschläge betrachten ausschließlich Maschinenbauteile und dürfen nicht auf Situationen im Bauwesen übertragen werden.

Eine Maturaschule ist eine private Bildungseinrichtung, in der Menschen darauf vorbereitet werden, ihre Matura, das österreichische Pendant zum Abitur, nachzuholen. Maturaschulen, die auf externe Prüfungen vorbereiten, verfügen üblicherweise weder über die Möglichkeit, offizielle Noten zu geben, noch Anwesenheit einzufordern. Die Gegebenheiten einer Maturaschule sind somit nicht nur vorteilhaft hinsichtlich eines guten Schulklimas mit partnerschaftlichen Lehrer-Schüler-Beziehungen. Im Zusammenhang mit zu wenig Eigenverantwortlichkeit der Lernenden können diese Gegebenheiten durchaus problematisch sein.

Regulation of metabolism is complex and involves enzymes and membrane transporters, which form networks to support energy dynamics. Lactate, as a metabolic intermediate from glucose or glycogen breakdown, appears to play a major role as additional energetic substrate, which is shuttled between glycolytic and oxidative cells, both under hypoxic and normoxic conditions. Transport of lactate across the cell membrane is mediated by monocarboxylate transporters (MCTs) in cotransport with H+, which is a substrate, a signal and a modulator of metabolic processes. MCTs form a “transport metabolon” with carbonic anhydrases (CAs), which not only provide a rapid equilibrium between CO2, HCO3– and H+, but, in addition, enhances lactate transport, as found in Xenopus oocytes, employed as heterologous expression system, as well as in astrocytes and cancer cells. Functional interactions between different CA isoforms and MCTs have been found to be isoform-specific, independent of the enzyme’s catalytic activity, and they require physical interaction between the proteins. CAs mediate between different states of metabolic acidosis, induced by glycolysis and oxidative phosphorylation, and play a relay function in coupling pH regulation and metabolism. In the brain, metabolic processes in astrocytes appear to be linked to bicarbonate transport and to neuronal activity. Here, we focus on physiological processes of energy dynamics in astrocytes as well as on the transfer of energetic substrates to neurons.

Dieser Arbeits- und Forschungsbericht skizziert die Erprobung und beschreibt die Evaluationsergebnisse des wissenschaftlichen Zertifikatskurses „Beraten, Informieren und Schulen in der Pflege“. Der Kurs wurde im Wintersemester 2018/19 an der Hochschule für Wirtschaft und Gesellschaft Ludwigshafen teilerprobt und durch Mitarbeitende des Teilprojektes E-hoch-B – „Pflege und Gesundheit“ begleitet und evaluiert. Ziel war es, die soziodemografischen Merkmale sowie bildungs- und berufsbiografischen Kennzeichen der Teilnehmenden des Zertifikatskurses herauszuarbeiten. Weiterhin sollte festgehalten werden, wie die Teilnehmenden den Zertifikatskurs erlebt haben und welche Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung und Verstetigung des Kurses abgeleitet werden können. Die Zielgruppe für das evidenzbasierte Bildungsangebot waren berufserfahrene Pflegefachpersonen aus der ambulanten Gesundheitsversorgung. Es sind qualitative Fokusgruppeninterviews durchgeführt worden, die durch Fragebögen flankiert wurden.

Dieser Arbeits- und Forschungsbericht skizziert die Erprobung und beschreibt die Evaluationsergebnisse des wissenschaftlichen Zertifikatskurses „Versorgungsstrategien und psychosoziale Unterstützung für ein Leben mit Demenz zu Hause“. Der Kurs wurde im Wintersemester 2018/19 an der Hochschule für Wirtschaft und Gesellschaft Ludwigshafen erprobt und durch Mitarbeitende des Teilprojektes E-hoch-B – „Pflege und Gesundheit“ begleitet und evaluiert. Ziel war es, die soziodemografischen Merkmale sowie bildungs- und berufsbiografischen Kennzeichen der Teilnehmenden des Zertifikatskurses herauszuarbeiten. Weiterhin sollte festgehalten werden, wie die Teilnehmenden den Zertifikatskurs erleben und welche Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung und Verstetigung des Kurses abgeleitet werden können. Die Zielgruppe für das evidenzbasierte Bildungsangebot waren berufserfahrene Pflegefachpersonen aus der ambulanten Gesundheitsversorgung. Es sind qualitative Fokusgruppeninterviews durchgeführt worden, die durch Fragebögen flankiert wurden.

Der Bericht rekonstruiert Bedarfslagen für eine erweiterte gemeindenahe Pflegepraxis anhand von Expert_inneninterviews mit pflegenden Angehörigen, Hausärzt_innen, Vertreter_innen von Pflegeverbänden und Hochschullehrenden. Es erfolgt zunächst die Darstellung des theoretischen Hintergrundes und der Methodik. Anschließend werden die Ergebnisse der qualitativen Erhebungen der genannten Befragtengruppen dargestellt und mit Blick auf deren Beitrag zur Entwicklung von Zertifikatskursen im Teilprojekt E-hoch-B – Pflege und Gesundheit diskutiert.

Der vorliegende Bericht stellt zunächst die Ausgangslage, die Bedarfe für eine erweiterte gemeindenahe Pflege und allgemeine Überlegungen zu einem partizipativen Forschungsprojekt in der Region Westpfalz im Kontext des Projektes E-hoch-B – Pflege und Gesundheit dar. Daran anschließend wird die Konzeption des partizipativen Forschungsprojekts präsentiert. Diese umfasst Überlegungen zur Bildung von Forschungsgruppen lokaler Akteure und einer Beratungsgruppe, sowie die Beschreibung der jeweiligen Rollen der beteiligten Personen, Vorstellungen zum zeitlichen Ablauf und mögliche zu bearbeitende Fragestellungen.

Der vorliegende Bericht beschreibt die Entwicklung und die Inhalte des Hochschulzertifikats „Beraten, Informieren und Schulen in der Pflege" im Kontext des Projekts EB – Pflege und Gesundheit. Zunächst wird das Vorgehen im Rahmen der Angebotsentwicklung beschrieben. Die Beschreibungen der Kompetenzen, Überlegungen zum Tätigkeitsfeld und die Verknüpfung der Ergebnisse der Bedarfserhebungen mit den konkreten Inhalten des Zertifikats bilden den Schwerpunkt des Berichts. Abschließend werden didaktische Überlegungen zur Gestaltung des Zertifikats und zur Prüfungsform transparent gemacht.

Der Bericht stellt das methodische Vorgehen und die Ergebnisse quantitativer Studien zu Bildungsangeboten für erweiterte Pflege im gemeindenahen Bereich vor. Es wurden Pflegefachpersonen, Pflegedienstleitungen und Hausärzt_innen befragt. Für alle drei Studienpopulationen erfolgt zunächst eine Beschreibung anhand der Basisdaten und eine Darstellung der Ergebnisse zu Zeitwünschen sowie zu vorstellbaren erweiterten Tätigkeiten. Das Interesse von Pflegefachpersonen an hochschulischen Bildungsangeboten wird aufgeführt, sowie die gestaltungsbezogenen Präferenzen von Pflegefachpersonen und Pflegedienstleitungen für hochschulische Weiterbildung.

Der vorliegende Arbeits- und Forschungsbericht beschreibt die Begleitung der Studierenden im ersten Jahr des neu eingeführten berufsbegleitenden Bachelorstudiengangs Mechatronik durch das Projekt E-hoch-B. Der Studiengang startete im Sommersemester 2017 an der Hochschule Kaiserslautern. Das hochschulinterne Teilprojekt führte dabei zu zwei unterschiedlichen Zeiträumen qualitative Befragungen durch, um Erkenntnisse über die berufsbegleitend Studierenden und deren Wahrnehmung des Studiums zu gewinnen. Die Befragungen dienten der Qualitätssicherung des entwickelten Angebots. Aus ihnen lassen sich Maßnahmen und Empfehlungen für die Weiterentwicklung des Studiengangs Mechatronik und für die Entwicklung zukünftiger berufsbegleitender Studienangebote ableiten.

Der vorliegende Bericht fasst die Ergebnisse einer Online-Umfrage in pflegebezogenen Studiengängen an rheinland-pfälzischen Hochschulen und Universitäten zusammen. Ziel war es, Erkenntnisse zur Zusammensetzung der Studierendenschaft in den pflegebezogenen Studiengängen in Rheinland-Pfalzzu erhalten. Darüber hinaus sollten Erkenntnisse zu Bedürfnissen hinsichtlich der inhaltlichen, didaktischen und organisatorischen Gestaltung von Bildungsangeboten erlangt werden. Auch wurdenPräferenzen hinsichtlichhochschulischer Weiterbildung in Richtung erweiterter Pflegepraxis abgefragt.

Cryptophyten verwenden neben Chlorophyll zusätzliche Lichtsammelproteine für die Photo-synthese – die Phycobiliproteine (PBP). In Cyanobakterien, Rotalgen und Glaukophyten sind PBP ebenfalls ubiquitär verbreitet. Für den Zweck der Lichtsammlung tragen die PBP- Untereinheiten kovalent gebundene offenkettige Tetrapyrrol-Chromophore an konservierten Cysteinresten. Diese Phycobiline sind in der Lage, grünes Licht zu absorbieren und es für die Photosynthese zur Verfügung zu stellen. Die Fähigkeit zur Photosynthese erlangten Crypto-phyten bei der sekundären Endosymbiose durch Aufnahme einer früheren Rotalge. Die evolutionäre Entwicklung brachte schließlich modifizierte PBP hervor. In Gegensatz zu ande-ren Organismen liegen die PBP in Cryptophyten in löslicher Form im Thylakoidlumen des Plastiden vor. Cryptophyten besitzen lediglich einen Typ an PBP, Guillardia theta verwendet Phycoerythrin PE545. Die α-Untereinheiten sind jeweils mit einem Molekül 15,16-Dihydrobi-liverdin (DHBV) und die β-Untereinheiten mit drei Molekülen Phycoerythrobilin (PEB) chromophoryliert. Die Chromophorylierung cryptophytischer Apo-PBP ist bisher wenig un-tersucht und verstanden. Aus Cyanobakterien ist jedoch bekannt, dass die Chromophorylie-rung häufig mit Hilfe von Phycobiliproteinlyasen (PBP Lyasen) stattfindet, welche die Phyco-bilinübertragung unterstützen. In der vorliegenden Arbeit erfolgte die funktionelle Charakterisierung der eukaryotischen S-Typ-PBP Lyase GtCPES aus G. theta. Mittels Fluoreszenzspektroskopie und Zink-induzierter Fluoreszenz konnte gezeigt werden, dass GtCPES den Transfer von 3(Z)-PEB auf Cys82 der PBP-β-Untereinheit aus Prochlorococcus marinus MED4 (PmCpeB) vermittelt. An der PEB-Bindung sowie am -Transfer beteiligte Aminosäuren wurden mit Hilfe Zielgerichteter Muta-genese identifiziert. Anhand spektroskopischer Binde- und Transferstudien mit den Protein-varianten wurden drei Aminosäuren in der Ligandenbindetasche ermittelt, die relevant für die Bindung sind (Trp69, Glu136, Glu168). Diese koordinieren vermutlich PEB in der Bindetasche und stabilisieren somit die Konformation. Zusätzlich konnten zwei im PEB-Transfer involvierte Aminosäuren eindeutig identifiziert werden (Trp75, Ser150). Trp75 kommt dabei eine essenzielle Bedeutung für den Transfer zu. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Met67 für die auf PEB und DHBV beschränkte Substratspezifität von GtCPES verantwortlich ist. Die Variante GtCPES_M67A bindet sowohl PEB als auch das rigide Phycocyanobilin (PCB) stabil unter Bildung eines farbigen Komplexes in vitro und in vivo in Escherichia coli. GtCPES_M67A scheint zudem in der Lage zu sein, PCB auf geeignete Apo-Proteine zu transfe-rieren. Neben der sterischen und elektrostatischen Umgebung entscheidet damit zusätzlich die Substratspezifität der PBP Lyase über die gebundenen Chromophore am PBP.

Aufgrund des spezifischen Eigenschaftsprofils weisen Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) wesentliche komparative technische Vorteile gegenüber den Konkurrenzwerkstoffen in einer Reihe von industriellen Anwendungsfeldern auf. Trotz des daraus resultierenden Marktpotenzials konnten sich die FKV noch nicht in dem erwarteten Maße durchsetzten. Ursache hierfür ist die im Allgemeinen zwischen FKV und traditionellen Materialien bestehende signifikante "Wirtschaftlichkeitslücke". Um eine Lösung dieses Problems voranzutreiben, wurden neue Ansätze bei der Entwicklung innovativer FKV-Anwendungen erforderlich. Optimierungspotenziale sind möglichst früh im Entwicklungsprozess zu identifizieren und konsequent zu erschließen. Hierzu wird ein geeignetes Analyse- und Planungsinstrument benötigt. Die bisher zur Verfügung stehenden Methoden der Wirtschaftlichkeitsanalyse auf Basis von Herstellkosten erweisen sich als unzureichend, da innovative FKV-Anwendungen, die hohe Herstellkosten bedingen, aber gleichzeitig im Betrieb Kostenvorteile gegenüber herkömmlichen Alternativprodukten aufweisen, benachteiligt werden. Deshalb wurde ein neuartiges, werkstoffgerechtes Instrument der Wirtschaftlichkeitsanalyse für FKV entwickelt, welches sich auf die Methode der Lebenszykluskostenrechnung stützt. Das neuartige Instrument wurde auf verschiedene Fallstudien aus den Bereichen Verkehrstechnik, Anlagenbau, Bauwesen und Offshore-Industrie angewendet. Dies diente der Modellvalidierung, dem Aufzeigen von Anwendungsoptionen der Methodik bzw. des Modells im Rahmen von konkreten FKV-Entwicklungsaufgaben sowie der Bereitstellung einer Grundlage für die abschließende Ableitung einer wirtschaftlichkeits- und damit zukunftsorientierten Entwicklungsstrategie für FKV.

In this thesis we study a variant of the quadrature problem for stochastic differential equations (SDEs), namely the approximation of expectations \(\mathrm{E}(f(X))\), where \(X = (X(t))_{t \in [0,1]}\) is the solution of an SDE and \(f \colon C([0,1],\mathbb{R}^r) \to \mathbb{R}\) is a functional, mapping each realization of \(X\) into the real numbers. The distinctive feature in this work is that we consider randomized (Monte Carlo) algorithms with random bits as their only source of randomness, whereas the algorithms commonly studied in the literature are allowed to sample from the uniform distribution on the unit interval, i.e., they do have access to random numbers from \([0,1]\). By assumption, all further operations like, e.g., arithmetic operations, evaluations of elementary functions, and oracle calls to evaluate \(f\) are considered within the real number model of computation, i.e., they are carried out exactly. In the following, we provide a detailed description of the quadrature problem, namely we are interested in the approximation of \begin{align*} S(f) = \mathrm{E}(f(X)) \end{align*} for \(X\) being the \(r\)-dimensional solution of an autonomous SDE of the form \begin{align*} \mathrm{d}X(t) = a(X(t)) \, \mathrm{d}t + b(X(t)) \, \mathrm{d}W(t), \quad t \in [0,1], \end{align*} with deterministic initial value \begin{align*} X(0) = x_0 \in \mathbb{R}^r, \end{align*} and driven by a \(d\)-dimensional standard Brownian motion \(W\). Furthermore, the drift coefficient \(a \colon \mathbb{R}^r \to \mathbb{R}^r\) and the diffusion coefficient \(b \colon \mathbb{R}^r \to \mathbb{R}^{r \times d}\) are assumed to be globally Lipschitz continuous. For the function classes \begin{align*} F_{\infty} = \bigl\{f \colon C([0,1],\mathbb{R}^r) \to \mathbb{R} \colon |f(x) - f(y)| \leq \|x-y\|_{\sup}\bigr\} \end{align*} and \begin{align*} F_p = \bigl\{f \colon C([0,1],\mathbb{R}^r) \to \mathbb{R} \colon |f(x) - f(y)| \leq \|x-y\|_{L_p}\bigr\}, \quad 1 \leq p < \infty. \end{align*} we have established the following. \[\] \(\textit{Theorem 1.}\) There exists a random bit multilevel Monte Carlo (MLMC) algorithm \(M\) using \[ L = L(\varepsilon,F) = \begin{cases}\lceil{\log_2(\varepsilon^{-2}}\rceil, &\text{if} \ F = F_p,\\ \lceil{\log_2(\varepsilon^{-2} + \log_2(\log_2(\varepsilon^{-1}))}\rceil, &\text{if} \ F = F_\infty \end{cases} \] and replication numbers \[ N_\ell = N_\ell(\varepsilon,F) = \begin{cases} \lceil{(L+1) \cdot 2^{-\ell} \cdot \varepsilon^{-2}}\rceil, & \text{if} \ F = F_p,\\ \lceil{(L+1) \cdot 2^{-\ell} \cdot \max(\ell,1) \cdot \varepsilon^{-2}}\rceil, & \text{if} \ F=f_\infty \end{cases} \] for \(\ell = 0,\ldots,L\), for which exists a positive constant \(c\) such that \begin{align*} \mathrm{error}(M,F) = \sup_{f \in F} \bigl(\mathrm{E}(S(f) - M(f))^2\bigr)^{1/2} \leq c \cdot \varepsilon \end{align*} and \begin{align*} \mathrm{cost}(M,F) = \sup_{f \in F} \mathrm{E}(\mathrm{cost}(M,f)) \leq c \cdot \varepsilon^{-2} \cdot \begin{cases} (\ln(\varepsilon^{-1}))^2, &\text{if} \ F=F_p,\\ (\ln(\varepsilon^{-1}))^3, &\text{if} \ F=F_\infty \end{cases} \end{align*} for every \(\varepsilon \in {]0,1/2[}\). \[\] Hence, in terms of the \(\varepsilon\)-complexity \begin{align*} \mathrm{comp}(\varepsilon,F) = \inf\bigl\{\mathrm{cost}(M,F) \colon M \ \text{is a random bit MC algorithm}, \mathrm{error}(M,F) \leq \varepsilon\bigr\} \end{align*} we have established the upper bound \begin{align*} \mathrm{comp}(\varepsilon,F) \leq c \cdot \varepsilon^{-2} \cdot \begin{cases} (\ln(\varepsilon^{-1}))^2, &\text{if} \ F=F_p,\\ (\ln(\varepsilon^{-1}))^3, &\text{if} \ F=F_\infty \end{cases} \end{align*} for some positive constant \(c\). That is, we have shown the same weak asymptotic upper bound as in the case of random numbers from \([0,1]\). Hence, in this sense, random bits are almost as powerful as random numbers for our computational problem. Moreover, we present numerical results for a non-analyzed adaptive random bit MLMC Euler algorithm, in the particular cases of the Brownian motion, the geometric Brownian motion, the Ornstein-Uhlenbeck SDE and the Cox-Ingersoll-Ross SDE. We also provide a numerical comparison to the corresponding adaptive random number MLMC Euler method. A key challenge in the analysis of the algorithm in Theorem 1 is the approximation of probability distributions by means of random bits. A problem very closely related to the quantization problem, i.e., the optimal approximation of a given probability measure (on a separable Hilbert space) by means of a probability measure with finite support size. Though we have shown that the random bit approximation of the standard normal distribution is 'harder' than the corresponding quantization problem (lower weak rate of convergence), we have been able to establish the same weak rate of convergence as for the corresponding quantization problem in the case of the distribution of a Brownian bridge on \(L_2([0,1])\), the distribution of the solution of a scalar SDE on \(L_2([0,1])\), and the distribution of a centered Gaussian random element in a separable Hilbert space.

Private data analytics systems preferably provide required analytic accuracy to analysts and specified privacy to individuals whose data is analyzed. Devising a general system that works for a broad range of datasets and analytic scenarios has proven to be difficult. Despite the advent of differentially private systems with proven formal privacy guarantees, industry still uses inferior ad-hoc mechanisms that provide better analytic accuracy. Differentially private mechanisms often need to add large amounts of noise to statistical results, which impairs their usability. In my thesis I follow two approaches to improve the usability of private data analytics systems in general and differentially private systems in particular. First, I revisit ad-hoc mechanisms and explore the possibilities of systems that do not provide Differential Privacy or only a weak version thereof. Based on an attack analysis I devise a set of new protection mechanisms including Query Based Bookkeeping (QBB). In contrast to previous systems QBB only requires the history of analysts’ queries in order to provide privacy protection. In particular, QBB does not require knowledge about the protected individuals’ data. In my second approach I use the insights gained with QBB to propose UniTraX, the first differentially private analytics system that allows to analyze part of a protected dataset without affecting the other parts and without giving up on accuracy. I show UniTraX’s usability by way of multiple case studies on real-world datasets across different domains. UniTraX allows more queries than previous differentially private data analytics systems at moderate runtime overheads.

In cyanobacteria and plants, VIPP1 plays crucial roles in the biogenesis and repair of thylakoid membrane protein complexes and in coping with chloroplast membrane stress. In chloroplasts, VIPP1 localizes in distinct patterns at or close to envelope and thylakoid membranes. In vitro, VIPP1 forms higher-order oligomers of >1 MDa that organize into rings and rods. However, it remains unknown how VIPP1 oligomerization is related to function. Using time-resolved fluorescence anisotropy and sucrose density gradient centrifugation, we show here that Chlamydomonas reinhardtii VIPP1 binds strongly to liposomal membranes containing phosphatidylinositol-4-phosphate (PI4P). Cryo-electron tomography reveals that VIPP1 oligomerizes into rods that can engulf liposomal membranes containing PI4P. These findings place VIPP1 into a group of membrane-shaping proteins including epsin and BAR domain proteins. Moreover, they point to a potential role of phosphatidylinositols in directing the shaping of chloroplast membranes.

Anisotropy of tracer-coupled networks is a hallmark in many brain regions. In the past, the topography of these networks was analyzed using various approaches, which focused on different aspects, e.g., position, tracer signal, or direction of coupled cells. Here, we developed a vector-based method to analyze the extent and preferential direction of tracer spreading. As a model region, we chose the lateral superior olive—a nucleus that exhibits specialized network topography. In acute slices, sulforhodamine 101-positive astrocytes were patch-clamped and dialyzed with the GJ-permeable tracer neurobiotin, which was subsequently labeled with avidin alexa fluor 488. A predetermined threshold was used to differentiate between tracer-coupled and tracer-uncoupled cells. Tracer extent was calculated from the vector means of tracer-coupled cells in four 90° sectors. We then computed the preferential direction using a rotating coordinate system and post hoc fitting of these results with a sinusoidal function. The new method allows for an objective analysis of tracer spreading that provides information about shape and orientation of GJ networks. We expect this approach to become a vital tool for the analysis of coupling anisotropy in many brain regions

Passive graduated filters with fixed absorption profile are currently used in image recording to avoid overexposure. However, a whole set of filters with prescribed gradients is required to cope with changing illumination conditions. Furthermore, they demand mechanical adjustment during operation. To overcome these deficiencies we present a microfabricated active electrochromic graduated filter which combines multiple functionalities: The overall absorbance, the position of medium transmission as well as the magnitude of its gradient can be tuned continuously by electrical means. Live image control is possible using low operation voltages in the range of ±2 V to reach a high change in optical density ΔOD of 1.01 (400 nm to 780 nm) with a coloration and bleaching time 1.3 s and 0.2 s, respectively. Owing to their low volume and power consumption they are suitable for widespread applications like in smartphones, surveillance cameras or microscopes.

Verkündungsblatt der TU Kaiserslautern Nr. 6/17.12.2019

We present a study of the dynamic magnetic properties of TiN-buffered epitaxial thin films of the Heusler alloy Fe1.5CoGe. Thickness series annealed at different temperatures are prepared and the magnetic damping is measured, a lowest value of α = 2.18 × 10−3 is obtained. The perpendicular magnetic anisotropy properties in Fe1.5CoGe/MgO are also characterized. The evolution of the interfacial perpendicular anisotropy constant K⊥S with the annealing temperature is shown and compared with the widely used CoFeB/MgO interface. A large volume contribution to the perpendicular anisotropy of (4.3 ± 0.5) × 105 J/m3 is also found, in contrast with vanishing bulk contribution in common Co- and Fe-based Heusler alloys.

Die räumliche Planung begegnet häufig Herausforderungen, zu deren Bewältigung nicht auf existierendes Wissen zurückgegriffen werden kann. Um neuartiges Wissen zu erzielen, werden insbesondere Modellvorhaben – kleinmaßstäbliche, befristete reale Feldexperimente – als Instrument eingesetzt. Diese zielen darauf ab, wiederverwendbares Wissen reproduzierbar zu erzeugen. Im Rahmen eines Modellvorhabens werden in verschiedenen Modellräumen vielfältige innovative Projekte initiiert, über einen festen Zeitraum umgesetzt sowie bewertet. Akademische oder private Institutionen begleiten Modellvorhaben wissenschaftlich, um allgemeingültige und übertragbare Erkenntnisse zu identifizieren. Die Ergebnisse dieser umfassenden Evaluation werden in einem Abschlussbericht dokumentiert. Erfahrungen zeigen allerdings, dass dies zur Verteilung der Ergebnisse nicht ausreicht, um die Nutzung und Wiederverwendung der in Modellvorhaben generierten Erkenntnisse sicherzustellen. Dies liegt insbesondere daran, dass die Abschlussberichte zu wenig anwendungsorientiert und zu umfangreich sind. So ist der Vergleich zwischen vorhandenen Berichten und einem laufenden Modellvorhaben mit einem zu hohen Aufwand verbunden, wodurch sich ein unausgeglichenes Aufwand-Ertrag-Verhältnis ergibt. Somit wird das Lernen aus Modellvorhaben erschwert. Um eine effektive und effiziente Dissemination und Verstetigung sowie Wiederverwendbarkeit von Wissen generiert in Modellvorhaben zu erzielen, wurde im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit ein Modell entwickelt. In einem ersten Schritt wurde für die Analyse von Modellvorhaben eine allgemeingültige Struktur geschaffen, die mit dem generellen Ablauf eines Projekts im Rahmen des Projektmanagements vergleichbar ist. Diese Struktur reduziert den Aufwand Erkenntnisse und Wissen jeweils für die folgenden hier definierten Phasen zu nutzen: Identifikation einer neuen Herausforderung; Projektaufruf; Bewerbungen der möglichen Teilnehmer; Bewertungen der Bewerbungen durch den Initiator; Durchführung; Auswertung; Dissemination, Transfer und Verstetigung. Im nächsten Schritt wurde in die einzelnen Phasen eines Modellvorhabens ein Wissensmanagementprozess – die Bausteine Wissensziele, -identifikation, -erwerb, - entwicklung, -bewertung, -bewahrung, -(ver)teilung und -nutzung – integriert, um die gemeinsame Nutzungseinheit vom umfassenden Abschlussbericht auf kleinere, in sich abgeschlossene Informationseinheiten zu reduzieren. Auf diese Weise wird der Aufwand für die Identifikation, den Erwerb und die Nutzung von Wissen verringert. Am Ende jeder Phase wird eine Bewertung durchgeführt sowie das erzielte Wissen effizient geteilt. Dafür ist eine systematische Interaktion zwischen Akteuren von Modellvorhaben und eine zentrale Sammlung des Wissens notwendig. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung einer neuartigen Austauschinfrastruktur, die das generierte Wissen einerseits bewahrt und andererseits systematisch verteilt. Dadurch kann bereits im Verlauf eines Modellvorhabens gewonnenes Wissen ausgetauscht und wiederverwendet werden, sodass die Phase der Dissemination, Transfer und Verstetigung in den Prozess verschoben wird. Die Infrastruktur soll frei zugänglich sein und nutzerfreundlich gestaltet werden. Durch das entwickelte Modell wird eine effektive und effiziente Wiederverwendung von Wissen generiert in Modellvorhaben ermöglicht sowie eine belastbare Grundlage für neue Projekte in der räumlichen Planung geschaffen.

Using molecular dynamics simulations, the adsorption and diffusion of cisplatin drug molecules in nanopores is investigated for several inorganic materials. Three different materials are studied with widely-varying properties: metallic gold, covalent silicon, and silica. We found a strong influence of both the van der Waals and the electrostatic interaction on the adsorption behavior on the pore walls, which in turn influence the diffusion coefficients. While van der Waals forces generally lead to a reduction of the diffusion coefficient, the fluctuations in the electrostatic energy induced by orientation changes of the cisplatin molecule were found to help desorb the molecule from the wall.

Intensity regulation during whole-body electromyostimulation (WB-EMS) training is mostly controlled by subjective scales such as CR-10 Borg scale. To determine objective training intensities derived from a maximum as it is used in conventional strength training using the one-repetition-maximum (1-RM), a comparable maximum in WB-EMS is necessary. Therefore, the aim of this study was to examine, if there is an individual maximum intensity tolerance plateau after multiple consecutive EMS application sessions. A total of 52 subjects (24.1 ± 3.2 years; 76.8 ± 11.1 kg; 1.77 ± 0.09 m) participated in the longitudinal, observational study (38 males, 14 females). Each participant carried out four consecutive maximal EMS applications (T1–T4) separated by 1 week. All muscle groups were stimulated successively until their individual maximum and combined to a whole-body stimulation index to carry out a possible statement for the development of the maximum intensity tolerance of the whole body. There was a significant main effect between the measurement times for all participants (p < 0.001; ????2 = 0.39) as well as gender specific for males (p = 0.001; ????2 = 0.18) and females (p < 0.001; ????2 = 0.57). There were no interaction effects of gender × measurement time (p = 0.394). The maximum intensity tolerance increased significantly from T1 to T2 (p = 0.001) and T2 to T3 (p < 0.001). There was no significant difference between T3 and T4 (p = 1.0). These results indicate that there is an adjustment of the individual maximum intensity tolerance to a WB-EMS training after three consecutive tests. Therefore, there is a need of several habituation units comparable to the identification of the individual 1-RM in conventional strength training. Further research should focus on an objective intensity-specific regulation of the WB-EMS based on the individual maximum intensity tolerance to characterize different training areas and therefore generate specific adaptations to a WB-EMS training compared to conventional strength training methods.