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Neuro-fuzzy control of commercial vehicles braking
No full textIncreasing dynamic performance and the general level of automation of commercial vehicles emphasize the issue of safety. Modern braking systems focus on sustaining vehicle stability, often degrading the brake performance. The major downgrades of the braking performance are nearly impossible to model using a classical mathematical approach, making them not feasible to use in real braking system controllers. In this paper, the use of combined Neural Networks and Fuzzy logic for the control of the braking system of a commercial vehicle while maximizing performance and sustaining stability is proposed. The control system comprises adhesion estimation, an inverse brake model, and a fuzzy logic controller to keep the system giving optimal control signals in various brake conditions while sustaining vehicle stability and steerability. The results based on a semi-trailer system reveal the success of the proposed AI-based braking system algorithm while braking under varying conditions
Der Einfluss von Dosis und Zeit auf die Vorhersage von Wirkmechanismen von Chemikalien durch Omics-Analysen
No full textDiese Arbeit entstand im Rahmen des EU-Forschungsprojekts PrecisionTox und widmet sich der systematischen Untersuchung der Dosis- und Zeitabhängigkeit toxikologischer Effekte in zellbasierten Modellen. Ziel war es, die Wechselwirkungen von Dosis und Expositionsdauer getrennt zu analysieren, um spezifische von unspezifischen Zellantworten zu unterscheiden und frühe molekulare Marker toxischer Wirkungen zu identifizieren. In diesem Kontext wurden experimentelle Analysen unter anderem mit Omics-Methoden (Micro-Array, RNASequenzierung, Metabolomik) mit der Reanalyse öffentlich zugänglicher Daten kombiniert.
Drei Untersuchungsschwerpunkte bilden den Kern der Arbeit: In einem ersten Teil wurden frühe molekulare Veränderungen bei Chemikalienexposition mit steatotischen Chemikalien in primären humanen Leberzellen analysiert. Die Reanalyse bestehender Micro-Array- und Metabolomdaten zeigte, dass Steatose-assoziierte Signalwege wie Fettsäuremetabolismus, Cholesterinstoffwechsel, ER-Stress und Entzündung bereits bei niedrigen Dosen und kurzen Expositionszeiten signifikant verändert sind. Durch die gezielte Variation der Kontrollgruppen durch Pooling unbehandelter und mit nicht-steatotische Chemikalien behandelter Zellen konnte die Trennschärfe und Sensibilität der Analysen gesteigert werden. Die identifizierten Signalwegmuster wurden erfolgreich mit bestehenden Adverse Outcome Pathways verknüpft und liefern neue Impulse für deren Weiterentwicklung.
Im zweiten Modul wurde im Rahmen einer Pilotstudie untersucht, ob spezifische toxikologische Effekte von allgemeinen Stressantworten unter subtoxischen Bedingungen abgegrenzt werden können. Dazu wurden Referenzsubstanzen bekannter Wirkung wie Cadmium, aber auch das Lösungsmittel DMSO bei unterschiedlichen Dosis-ZeitKombinationen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass für bestimmte Substanzen wie Natriumarsenit spezifische Reaktionsmuster bereits bei niedriger Dosis und früher Exposition erkennbar sind, während andere wie Ethoprophos erst zu späteren Zeitpunkten wirken. Auch zeigte sich, dass 3′-RNA-Sequenzierung grundsätzlich geeignet ist, um zentrale Signalwege zu detektieren, jedoch bei subtilen Effekten limitiert ist. Die kombinierte Auswertung transkriptomischer und metabolomischer Daten erwies sich als hilfreicher Ansatz, bedarf jedoch einer kontextsensitiven Interpretation.
Im dritten Teil wurde die bislang wenig untersuchte Substanzklasse der Imidazole analysiert.
Transkriptom- und Proteindaten der humanen Hepatozyten HepG2-Zelllinie zeigten einev dosisabhängige Deregulierung von Lipid-, Sterol- und Redoxstoffwechselwegen sowie eines autophagie-assoziierten Phänotyps. Ein potentiell ebenfalls autophagie-assoziierter Phänotyp wurde in der immortalisierten Lungenepithelzelllinie Beas-2B festgestellt. Die getesteten Verbindungen unterscheiden sich in Zellproliferations- und Zelltodeffekten sowie in Bezug auf LC3B-Akkumulation, p62-Anreicherung oder Vakuolenbildung. Trotz struktureller Ähnlichkeit, ist die Methylierung und Stereochemie zu beachten, da sie wahrscheinlich zu den Wirkungsunterschieden beiträgt. Hinsichtlich reprotoxischer, endokrin disruptiver und karzinogener Effekte sind vor allem erstere in diesen frühen Daten zu beobachten, wobei signifikante Regulationen in Redoxstoffwechsel und Suppression von Tumorsuppressorgenen
vorliegt.
Die Ergebnisse aller Module verdeutlichen die hohe Bedeutung einer differenzierten
Betrachtung von Dosis, Zeit und Expositionskontext in der Toxikologie. Es sind dynamische Prozesse und zeitlich gestaffelte Wirkmechanismen zu berücksichtigen und die Wahl der Analysemethodik und Grenzwerte. Die in dieser Arbeit verfolgte Methodenkombination – von Zellkultur über Sequenzierung bis zur Metabolomik – bietet einen praxistauglichen Zugang zur Hypothesengenerierung, -testung und potentiellen Identifikation früher, spezifischer Marker.
Die gezielte Nutzung und Reanalyse bestehender Datensätze leistet darüber hinaus einen Beitrag zur Reduktion von Tierversuchen im Sinne des 3R-Prinzips
Microstructure and mechanical properties of a laser-based directed energy deposited Mo-Si-Ti alloy
No full textPredicting 3D ground reaction forces across various movement tasks: a convolutional neural network study comparing different inertial measurement unit configurations
No full textGround reaction forces (GRFs) are crucial for understanding movement biomechanics and for assessing the load on the musculoskeletal system. While inertial measurement units (IMUs) are increasingly used for gait analysis in natural environments, they cannot directly capture GRFs. Machine learning can be applied to predict 3D-GRFs based on IMU data. However, previous studies mainly focused on vertical GRF (vGRF) and isolated movement tasks. This study aimed to systematically evaluate the prediction accuracy of convolutional neural networks (CNNs) for 3D-GRFs using IMUs from single and multiple sensor configurations across various movement tasks. 20 healthy participants performed six movement tasks including walking, stair ascent, stair descent, running, a running step turn and a running spin turn at self-selected speeds. CNNs were trained to predict 3D-GRFs on IMU time series data for different configurations (lower body [7 IMUs], single leg [4 IMUs], femur-tibia [2 IMUs], tibia [1 IMU] and pelvis [1 IMU]). Prediction accuracies were assessed based on leave-one-subject-out cross validations using Pearson correlation (r) and relative root mean squared error (relRMSE). Across all tasks, CNNs predicted vGRF most accurately (r = 0.98, relRMSE ≤ 7.44 %), followed by anterior-posterior GRF (r ≥ 0.92, relRMSE ≤ 14.24 %), with medial–lateral GRF being the least accurate (r ≥ 0.74, relRMSE ≤ 29.46 %). CNNs predicted vGRF consistently across tasks, with similar accuracy for multi IMU (average r = 0.98, average relRMSE: 6.06 %) and single IMU configurations (average r = 0.98, average relRMSE: 6.88 %), supporting single IMU configurations for vGRF in practical applications. During cutting maneuvers, the lower body configuration reduces the relRMSE for mlGRF (5.23–12.46 %) and apGRF (1.53–3.16 %) compared to single IMU configurations. However, for mlGRF and apGRF during cutting tasks, lower body configuration improve accuracy, highlighting a trade-off between simplicity and performance
Lehrkräftegesundheit - Was Schulleitungen tun (können)
No full textWie erleben Schulleitungen ihre Rolle für die Gesundheit des Kollegiums? Die Masterarbeit der Lehramtsstudentin Sofie Wirth am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gibt Einblick in Perspektiven aus Baden-Württemberg – mit klaren Impulsen für die Praxis
Search for charged-lepton flavour violation in top quark interactions with an up-type quark, a muon, and a τ lepton in proton-proton collisions at =13 TeV
No full textA search for charged-lepton flavour violation (CLFV) in top quark (t) production and decay is presented. The search uses proton-proton collision data corresponding to 138 fb−1 collected with the CMS experiment at =13 TeV. The signal consists of the production of a single top quark via a CLFV interaction or top quark pair production followed by a CLFV decay. The analysis selects events containing a hadronically decaying τ lepton and a muon of opposite electric charge, as well as at least three jets, one of which is identified as originating from the fragmentation of a bottom quark. Machine learning classification techniques are used to distinguish signal from standard model background events. The results of this search are consistent with the standard model expectations. The upper limits at 95% confidence level on the branching fraction for CLFV top quark decays to a muon, a τ lepton, and an up or a charm quark are set at (t -> u) u) < (0.81, 1.71, and 2.05) × 10 for scalar, vector, and tensor-like operators, respectively
Corneal-glint-based estimation of the binocular point of gaze without worn sensors; Schätzung des binokularen Blickpunkts mittels Glanzlichtern auf der Hornhaut ohne getragene Sensorik
No full textEs wird ein theoretischer Rahmen für die Schätzung des binokularen Blickpunkts mittels Glanzlichtern auf der Hornhaut vorgestellt. Dabei werden unter anderem Anatomie und Physiologie in Bezug auf die Okulomotorik formalisiert. Auf dieser Grundlage wird der Blickpunkt auf einer als Dreiecksnetz parametrisierten Oberfläche geschätzt, wobei der Abstand zwischen Auge und Szenenoberfläche beliebig variieren kann. Das Verfahren basiert auf Glanzlichtern auf der Hornhaut und der Pupillenkontur und verwendet drei personenspezifische Augenparameter. Es erfordert die Erfassung beider Augen und die Kenntnis der Szenenoberfläche, jedoch nicht die Schätzung der Kopfpose. Der rotatorische Freiheitsgrad um die optische Achse des Auges wird implizit berücksichtigt; Listing’s Gesetz wird nicht verwendet. Das Verfahren wurde experimentell evaluiert: Die Probanden standen, trugen keine Sensorik und konnten ihren Kopf frei und natürlich bewegen. Blickziele wurden in einem dreidimensionalen Volumen angeordnet. Nach Mittelung aller Experimente ergibt sich eine Genauigkeit von besser als 1,1° Sehwinkel
Full- and Low-Rank Exponential Euler Integrators for the Lindblad Equation
No full textThe Lindblad equation is a widely used quantum master equation to model the dynamical evolution of open quantum systems whose states are described by density matrices. These solution matrices are characterized by semipositiveness and trace preserving properties, which must be guaranteed in any physically meaningful numerical simulation. In this paper, novel full- and low-rank exponential Euler integrators are developed for approximating the Lindblad equation that preserve positivity and trace unconditionally. Theoretical results are presented that provide sharp error estimates for the two classes of exponential integration methods. Results of numerical experiments are discussed that illustrate the effectiveness of the proposed schemes, beyond present state-of-the-art capabilities
Diversity and ecological functions of anthocyanins
No full textAnthocyanins are well known as colorants of flowers, but many other invisible functions might have been more important during the evolution of complex biosynthesis networks in plants. The number of anthocyanin decorating enzymes, the subtle control of structural genes by numerous transcription factors, and routes of intracellular anthocyanin transport are reviewed here. Various ecological functions of anthocyanins hold the key to understanding evolutionary trajectories that lead to the success of these pigments. Proposed functions include carbon sinks that prevent excessive sugar levels, sun blockers protecting the photosynthesis apparatus, antioxidants scavenging reactive oxygen species, providing camouflage, and attraction of pollinators and seed dispersers. Anthocyanins clearly fulfill different functions in different plant organs. It is currently believed that protective functions in leaves gave rise to the biosynthesis network and that flower and fruit coloration evolved later. Despite decades of research on the anthocyanin biosynthesis, there is still substantial potential for fundamental discoveries
A Critical Evaluation of the Limiting Current Density in Polymer Electrolytes: Interplay of Ion Transport, Mechanical Stability, and Conformal Li–Electrolyte Interfaces
No full textSolid-state batteries with lithium metal anodes are among the promising candidates to fulfill the actual requirements of growing energy demands in comparison to commercially available lithium-ion batteries, despite the current challenges of inhomogeneous lithium metal deposition upon cycling. In the present literature, the limiting current density is referred to as a key performance indicator for faster charging of solid-state batteries, though from a practical point of view, it is defined as the maximum endurable current density that might be applied without possible cell failure. In this study, we evaluate the obtained values of limiting current densities for lithium metal batteries operating with polymer electrolytes. Notably, we critically compare various experimental procedures to determine the actual limiting current density and discuss the impact of external factors such as scan rate, temperature, and applied cell pressure, thereby invoking model-type PEO-based electrolytes to examine available mechanical properties that may afford suppression of lithium dendrite formation. In fact, we demonstrate that experimentally derived limiting current densities are not intrinsic electrolyte characteristics but rather entities strongly dependent on the applied conditions and hence should ideally be determined based on different techniques to deliver meaningful data