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Human-centered evaluation of statistical parametric mapping and explainable machine learning for outlier detection in plantar pressure data
No full textPlantar pressure mapping is essential in clinical diagnostics and sports science, yet large heterogeneous datasets often contain outliers from technical errors or procedural inconsistencies. Statistical Parametric Mapping (SPM) provides interpretable analyses but is sensitive to alignment and its capacity for robust outlier detection remains unclear. This study compares an SPM approach with an explainable machine learning (ML) approach to establish transparent quality-control pipelines for plantar pressure datasets. Data from multiple centers were annotated by expert consensus and enriched with synthetic outliers resulting in 798 valid samples and 2000 outliers. We evaluated (i) a non-parametric, registration-dependent SPM approach and (ii) a convolutional neural network (CNN), explained using SHapley Additive exPlanations (SHAP). Performance was assessed via nested crossvalidation; explanation quality via a semantic differential survey with domain experts. The ML model reached high accuracy and outperformed SPM, which misclassified clinically meaningful variations and missed true outliers (Matthews Correlation Coefficient: ML = 0.96 ± 0.01; SPM = 0.78 ± 0.02). Experts perceived both SPM and SHAP explanations as clear, useful, and trustworthy, though SPM was assessed less complex. These findings highlight the complementary potential of SPM and explainable ML as approaches for automated outlier detection in plantar pressure data, and underscore the importance of explainability in translating complex model outputs into interpretable insights that can effectively inform decision-making
Hydrothermal germanium mineralization at South Lakes Glacier in the Black Angel Zn-Pb district, West Greenland
No full textMetamorphosed Zn-Pb deposits can host significant amounts of critical metals, but their enrichment and source are often not well understood. The Black Angel district in central West Greenland hosts several marble-hosted Paleoproterozoic Zn-Pb occurrences, including the Black Angel mine. The sphalerite-pyrite-galena dominated massive sulfides in the district host briartite, a rare Cu-thiogermanate mineral. Detailed petrographic studies, electron microprobe and laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry and micro-XRF-mapping were applied to breccia-hosted massive sulfide from the South Lakes Glacier prospect in the Black Angel district to study the formation of briartite and the distribution of Ge in the ore. Whole rock analyses reveal Ge grades of 120 ppm in the ore. Briartite, occurring as clusters of µm-sized grains, as well as anhedral grains of up to three millimeters in diameter, formed by precipitation from Cu-Ge-bearing hydrothermal fluids coevally with Ge-rich chalcopyrite and is the main host for Ge. Unusually Ge-rich phengite and quartz post-dating briartite reflect a shift in Ge behaviour from sulfide-hosted to silicate-hosted. The epigenetic ore assemblage was overprinted by metamorphism leading to solid-state and dissolution-precipitation sulfide remobilization as well as the formation of a syn-metamorphic ore stage. Remobilization led to widespread sulfide breccia formation at South Lakes Glacier. Biotite and graphite geothermometry reveal peak metamorphic temperatures of ∼500°C
Nonlinear dynamics of periodic Lugiato-Lefever waves against sums of co-periodic and localized perturbations
No full textIn recent years, essential progress has been made in the nonlinear stability analysis of periodic Lugiato-Lefever waves against co-periodic and localized perturbations. Inspired by considerations from fiber optics, we introduce a novel iteration scheme which allows to perturb against sums of co-periodic and localized functions. This unifies previous stability theories in a natural manner
Constraining four-heavy-quark operators with top-quark, Higgs, and electroweak precision data
No full textWe establish constraints on the dimension-six four-heavy-quark operators in the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) by synthesising LHC measurements of top-quark and single-Higgs production with electroweak precision observables. We scrutinise the choice of the γ5 scheme in single-Higgs calculations, demonstrating its non-negligible impact on SMEFT fits
Modellierung und Simulation flüssiger und fester Schäume
No full textPoröse Materialien und Schäume spielen in verschiedenen Bereichen eine entscheidende Rolle, von Leichtbaumaterialien in der Luft- und Raumfahrt bis hin zu biomedizinischen Implantaten. Bei traditionellen Fertigungsverfahren ist es jedoch oft schwierig, die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erreichen. Schaumtemplatierung ist ein neuer Ansatz zur Entwicklung von Werkstoffen mit maßgeschneiderten Strukturen und vorhersagbaren Eigenschaften. Computergestützte Methoden bieten eine vielversprechende Lösung für die Prozessoptimierung, indem sie Einblicke in die Bildung der Schaummikrostruktur geben und diese mit den resultierenden physikalischen Eigenschaften verknüpfen. Diese Arbeit bietet einen umfassenden Ansatz zur Optimierung von Schaumtemplatierungsprozessen durch die Verknüpfung numerischer Simulationen der Mikrostrukturbildung flüssiger Schäume mit Berechnungen der mechanischen Eigenschaften fester Schäume.
Unter Verwendung des Konzepts der digitalen Zwillinge zielt die Studie darauf ab, Korrelationen zwischen mikrostrukturellen Parametern und den resultierenden physikalischen Eigenschaften des Schaums aufzustellen. Sie verbessert das Verständnis des Materialverhaltens und trägt zur Entwicklung maßgeschneiderter Schäume für spezifische Anwendungen bei, indem sie starke StrukturEigenschafts-Beziehungen entlang der gesamten Prozesskette der Schaumherstellung etabliert. Der in dieser Arbeit verwendete numerische Ansatz nutzt die Phasenfeldmethode, um einen mehrskaligen Modellierungsrahmen zu schaffen. Dieses Framework wurde auf numerische Simulationen von Schäumen angewandt und ermöglicht die Vorhersage ihrer Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften.
Die Algorithmen, die die Schaumalterung abbilden, umfassen Beschreibungen des spontanen Reißens von Schaumfilmen und der Koaleszenz von Blasen. Darüber hinaus berücksichtigen sie den druckbedingten diffusiven Gastransfer zwischen Blasen (Ostwald-Reifung). Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Simulationsstudien alternder Schäume, die diese Mechanismen berücksichtigen, die Entwicklung der Mikrostruktur in flüssigem Schaum mit sehr geringem Flüssigkeitsanteil im Grenzfall sehr trockener Schäume (engl. dry foam limit) vorhersagen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Dynamik der Schaumalterung abgebildet wird. Darüber hinaus eignet sich die Methode gut für großskalige Mikrostruktursimulationen.
Dies ermöglicht es, statistische Eigenschaften von Schäumen zu untersuchen, die auf den Charakteristika der Strukturen auf der Blasenskala basieren.
Verschiedene geometrische Parameter beeinflussen das Materialverhalten fester Schäume unter mechanischer Last. Die vorgestellte Methode umfasst zwei Schritte. Im ersten Schritt werden offenporige Schaumstrukturen digital generiert und ausgelegt mithilfe eines Algorithmus, der eine präzise Regulierung der Geometrie erlaubt. Im zweiten Schritt werden die effektiven mechanischen Eigenschaften aus numerischen Simulationen von Druckversuchen im elastischen Bereich abgeleitet. Das numerische Modell ermöglicht eine genaue Vorhersage der mechanischen Eigenschaften fester Schäume. Simulationsstudien an den erzeugten Schaumstrukturen zeigen signifikante Unterschiede bezüglich des effektiven Elastizitätsmoduls, was den entscheidenden Einfluss der Schaumgeometrie unterstreicht.
Das in dieser Dissertation vorgestellte digitale Framework bietet ein leistungsfähiges Werkzeug, um den Prozess der Schaumtemplatierung zu verstehen und zu optimieren. Die Methode gibt Einblicke in die Auswirkungen grundlegender Faktoren, die die Entwicklung und Dynamik des zerfallenden Flüssigschaums bestimmen. Sie ermöglicht die Optimierung von Schaumstrukturen hinsichtlich gewünschter mikrostruktureller Eigenschaften. Zusätzlich ermöglicht sie eine eingehende Untersuchung der Auswirkungen der Geometrie auf die mechanischen Eigenschaften. Der vollständig digitale Workflow bietet einen Ansatz für den Entwurf und die Optimierung von maßgeschneiderten Schäumen mit präziser mechanischer Leistungsfähigkeit, indem die Schaumgeometrie reguliert und die effektiven mechanischen Eigenschaften aus Simulationsdaten extrahiert werden
Scaffolding Dexterous Manipulation with Vision-Language Models
No full textDexterous robotic hands are essential for performing complex manipulation tasks, yet remain difficult to train due to the challenges of demonstration collection and high-dimensional control. While reinforcement learning (RL) can alleviate the data bottleneck by generating experience in simulation, it typically relies on carefully designed, task-specific reward functions, which hinder scalability and generalization. Thus, contemporary works in dexterous manipulation have often bootstrapped from reference trajectories. These trajectories specify target hand poses that guide the exploration of RL policies and object poses that enable dense, task-agnostic rewards. However, sourcing suitable trajectories - particularly for dexterous hands - remains a significant challenge. Yet, the precise details in explicit reference trajectories are often unnecessary, as RL ultimately refines the motion. Our key insight is that modern vision-language models (VLMs) already encode the commonsense spatial and semantic knowledge needed to specify tasks and guide exploration effectively. Given a task description (e.g., "open the cabinet") and a visual scene, our method uses an off-the-shelf VLM to first identify task-relevant keypoints (e.g., handles, buttons) and then synthesize 3D trajectories for hand motion and object motion. Subsequently, we train a low-level residual RL policy in simulation to track these coarse trajectories or "scaffolds" with high fidelity. Across a number of simulated tasks involving articulated objects and semantic understanding, we demonstrate that our method is able to learn robust dexterous manipulation policies. Moreover, we showcase that our method transfers to real-world robotic hands without any human demonstrations or handcrafted rewards
Exploring the Impact of the Presence of 9,9′‐Spirobifluorene Moieties on the Performance of Carbonyl‐Based Multiresonant Thermally Activated Delayed Fluorescence Organic Light‐Emitting Diodes
No full textThe impact of the decoration of the multiresonant thermally activated delayed
fluorescence (MR-TADF) core DiKTa with 9,9′-spirobifluorene (SBF) groups is
investigated with respect to the impact of number, position, and incorporation-type of the SBF unit on the photophysical and optoelectronic properties. This approach allows for the development of narrowband, high-efficiency organic light emitting diodes (OLEDs) with moderate efficiency roll-off. The MR-TADF emitters DiKTaSBF, 3-SBF-DiKTa, 7-SBF-DiKTa, and 7-SBF-DiKTaSBF, differ in the number, position, and incorporation-type of the SBF unit. Sky-blue OLEDs with DiKTaSBF and 3-SBF-DiKTa show superior performance with maximal external quantum efficiencies (EQE) of 26.1 and 27.0%, respectively, while all four families of OLEDs show a moderate efficiency roll-off. Narrowband emissions with full-width at half maximum (FWHM) of 32 and 35 nm are observed for 7-modified emitters, whereas for the devices with emitters containing SBF groups at the 3-position show a broadened emission, with FWHM of ≈50 nm. These findings highlight the effect of the regiochemistry of the SBF group on the optoelectronic properties and the corresponding impact on the performance of the OLEDs
Exponential decay of the linear Maxwell system due to conductivity near the boundary
No full textWe study the anisotropic linear Maxwell system on a bounded domain with perfectly conducting boundary conditions. It is damped via a conductivity which is strictly positive on a collar at the boundary. We prove that solutions decay exponentially to 0, if the fields have no magnetic charges on and no electric charges off the support of . Our approach relies on a splitting of the solution via a Helmholtz decomposition and an observability-type estimate for a related second-order system without charges, shown using Morawetz multipliers. Corresponding exact observability and controllability results are also established
Degradation of Perovskite Solar Cells Induced by Intrinsic Stress Factors
No full textDer steigende weltweite Energiebedarf und die übermäßige Abhängigkeit von nicht-erneuerbaren Energiequellen haben zur globalen Erwärmung geführt. Unter den nachhaltigen Alternativen hebt sich Solarenergie als tragfähige Lösung zur Abschwächung der Klimakrise hervor, aufgrund ihrer zunehmenden Verbreitung, sinkenden Kosten und kürzeren Genehmigungszeiten für die Netzintegration. Jüngste Fortschritte in der Photovoltaiktechnologie, insbesondere bei Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen (TSCs), zeigen ein bemerkenswertes Potenzial zur Steigerung der Energieumwandlungseffizienz über die Grenzen konventioneller Siliziumsolarzellen hinaus. Durch die Kombination von Absorbern mit komplementären Bandlücken zielen TSCs darauf ab, ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts effizienter zu nutzen. Trotz der Erreichung von Rekordwirkungsgraden im Labormaßstab wird die Kommerzialisierung von Perowskit-Silizium-TSCs jedoch durch Herausforderungen im Zusammenhang mit der Langzeitstabilität von Perowskit-Solarzellen (PSCs) eingeschränkt. Stressfaktoren wie Licht, erhöhte Temperaturen, Spannungseinflüsse, Feuchtigkeit und Sauerstoff führen zu schneller Material- und Gerätealterung der PSCs. Eine detaillierte Untersuchung der Degradationsmechanismen unter betrieblichen Bedingungen ist notwendig, um die Ursachen des Versagens zu identifizieren.
Einzelschicht-Perowskit-Solarzellen bieten eine geeignete Plattform, um die Degradation einzelner Subzellen isoliert zu untersuchen, bevor komplexere Gerätearchitekturen wie Perowskit-Silizium-TSCs betrachtet werden, bei denen Stabilitätsprobleme durch zusätzliche Schnittstellen und Materialinteraktionen verstärkt werden. Da Tandemsolarzellen zunehmend an Bedeutung gewinnen, um höhere Wirkungsgrade zu erzielen und die Stromgestehungskosten weiter zu senken, stehen insbesondere zweipolige TSCs vor mehreren kritischen Herausforderungen, die ihre kommerzielle Einführung verzögern. Ein zentrales Problem ist das Stromabgleich (Current Matching) zwischen den Subzellen, das aufgrund der Serienverschaltung erforderlich ist. Spektrale Verschiebungen, nicht-uniforme Beleuchtung oder Degradation einer Subzelle führen zu einem Ungleichgewicht in der Stromerzeugung der oberen und unteren Zelle. Das Tandemsystem arbeitet dann suboptimal, wobei der Gesamtstrom der TSC durch den geringeren Strom einer der beiden Subzellen limitiert wird. Stromungleichgewichte können langfristigen Stress verursachen, der die Degradation, insbesondere an den rekombinierenden Zwischenkontakten, beschleunigt. Als Antwort auf diese Einschränkungen werden alternative Strategien zur effektiveren Nutzung des Sonnenspektrums untersucht. Eine dieser Ansätze ist die Photonenkonversion (Upconversion), bei der Photonen mit niedriger Energie in Photonen höherer Energie umgewandelt werden, die dann vom aktiven Absorbermaterial aufgenommen werden können. Trotz des konzeptionellen Potenzials dieser Methode fehlen bislang umfassende Machbarkeitsstudien zur Integrationsfähigkeit in PSCs und deren Auswirkungen auf die Langzeitstabilität.
In dieser Arbeit wird systematisch der Einfluss von Verarbeitungsparametern – insbesondere der Precursor-Stöchiometrie und der Abschrecktechnik – auf die Dünnschichteigenschaften von Perowskitmaterialien untersucht. Dabei wird aufgezeigt, wie diese Materialeigenschaften die Leistung und die betriebliche Stabilität von PSCs beeinflussen. Es werden Degradationsanalysen durchgeführt, um die Ursachen des Leistungsverlusts von Einzelschicht-PSCs unter verschiedenen Betriebsstressfaktoren zu identifizieren. Unter den untersuchten Parametern hat sich gezeigt, dass die Precursor-Stöchiometrie einen erheblichen Einfluss auf die Stabilität der PSCs unter Betriebsbedingungen hat. Nach erfolgreicher Integration von Perowskitabsorbern in zweipolige Tandemzellen werden die Auswirkungen des Stromabgleichs auf die Geräteleistung und die
Langzeitstabilität untersucht. Ein möglichst präziser Stromabgleich zwischen den Subzellen in zweipoligen Perowskit-Tandemsolarzellen ist entscheidend für eine stabile Betriebsdauer. Zur Überwindung der inhärenten Begrenzungen durch Stromungleichgewichte wird außerdem eine umfassende Machbarkeitsanalyse der Photonenkonversion durchgeführt, mit Fokus auf deren Auswirkungen auf die Langzeitstabilität. Darüber hinaus wird zur Bewertung der praktischen Anwendbarkeit von zweipoligen Perowskit-basierten TSCs deren Leistung unter realen Außenbedingungen untersucht. Die Überbrückung dieser Wissenslücken und die Bewältigung der Stabilitätsprobleme sind entscheidend, um das volle Potenzial der nächsten Generation von Perowskit-Photovoltaiksystemen auszuschöpfen