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Percolated Si:SiO2 Nanocomposite: Oven- vs. Laser-Induced Crystallization of SiOx Thin Films
No full textSilizium basierende Technologie bestimmt den technologischen Fortschritt in der Welt und ist weiterhin ein Material für die weitere Entwicklung von Schlüsseltechnologien. Die Änderung der Silizium-Materialeigenschaft der optischen und elektronische Bandlücke durch die Reduktion der Materialdimension auf die Nanometerskala ist dabei von besonders großem Interesse. Die meisten Silizium-Nanomaterialien bestehen aus Punkt-, Kugel- oder Drahtformen. Ein relativ neues Materialsystem sind dreidimensionale, durchdringende, Nano-Komposit Netzwerke aus Silizium in einer Siliziumdioxid Matrix.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Entstehung von dreidimensionalen Silizium-Nanokomposit-Netzwerken durch Abscheidung eines siliziumreichen Siliziumoxids(SiOx, mit x<2) und anschlieÿender thermischen Behandlung. Hierbei wurden die reaktive Ionenstrahl-Sputterabscheidung (IBSD), sowie das reaktive Magnetronsputtern (RMS) verglichen. Auch wurden die Unterschiede zwischen klassischer Ofen und Millisekunden-Linienlaser Behandlung untersucht. Abgeschiedene und thermisch behandelte Dünnschichten wurden hinsichtlich der integralen Zusammensetzung, Homogenität, Morphologie und Struktur mittels Rutherford-Rückstreuspektroskopie, Ramanspektroskopie, Röntgenbeugung, spektroskopische Ellipsometrie, Photospektrometrie und (Energie gefilterter) Transmissionselektronenmikroskopie untersucht.
Abhängig von der Abscheidemethode und des thermischen Ausheilprozesses wurden unterschiedliche Strukturgrößen und Kristallisationsgrade erzeugt. Insbesondere wurde gezeigt, dass während der 13 ms langen Laserbearbeitung (Ofen: 90 min) wesentlich größere Strukturen (laser:~50 nm; oven:~10 nm) mit einer deutlich höheren Kristallinität (laser:~92-99%; oven:~35-80%) entstehen. Darüber hinaus erhält sich die abscheidebedingte Morphologie nach der Ofenbehandlung, verschwindet jedoch nach der Laserprozessierung. Erklärt wurde dies mit einem Prozess über die flüssige Phase während der Laserbearbeitung, im Gegensatz zu einem Festphasenprozess bei der Ofenbehandlung. Abschließend wurde gezeigt, dass absichtlich eingebrachte vertikale und horizontale Schwankungen der Zusammensetzung genutzt werden können, um definierte Silizium Nanonetzwerke mit einer dreidimensionalen quadratischen Netzstruktur herzustellen.:1 Introduction
2 Fundamentals
2.1 The silicon - silicon oxide system
2.1.1 The Si-O phase diagram
2.1.2 Chemical reaction consideration
2.2 Phase separation of binary systems
2.2.1 Phase separation regimes
2.2.2 Diffusion in solids
2.3 Different types of silicon nanostructures
2.3.1 0D - Silicon nanoparticles
2.3.2 1D - Silicon nanowires
2.3.3 3D - Silicon nanonetworks
3 Experimental methods
3.1 SiOx thin film deposition
3.1.1 SiOx thin films by ion beam sputter deposition
3.1.2 SiOx thin films by reactive magnetron sputter deposition
3.1.3 Comparison of ion beam and magnetron sputter deposition
3.2 Thermal processing of as-deposited SiOx thin films
3.2.1 Oven treatment
3.2.2 Laser treatment
3.3 Thin-film characterization
3.3.1 Rutherford backscattering
3.3.2 Spectroscopic ellipsometry and photospectrometry
3.3.3 Raman spectroscopy
3.3.4 X-ray diffraction
3.3.5 Transmission electron microscopy
4 Results
4.1 Accessible SiOx compositions as a function of deposition and annealing
method
4.2 Structure and properties of ion beam sputter deposited SiOx thin
films before and after thermal processing
4.2.1 Phase- and microstructure of SiO0:6 thin films deposited by
ion beam sputter deposition at 450°C
4.2.2 Phase- and microstructure of SiO0.6 thin films deposited by
ion beam sputter deposition at room temperature
4.3 Structure and properties of reactive magnetron sputter deposited
SiOx thin films before and after thermal processing
4.4 Multilayer SiOx films for the generation of defined squared mesh
structures
5 Discussion
5.1 Compositional homogeneity of SiO0:6 thin films before and after
thermal treatment
5.2 Phase structure of as-deposited SiOx thin films
5.3 Influence of the thermal treatment on the structural properties of
percolated Si:SiO2 nanostructures
5.3.1 Observed structural properties
5.3.2 Origin of different structure sizes - liquid vs. solid state
crystallization
5.4 Influence of the deposition temperature during ion beam sputtering
on the structural properties of percolated Si:SiO2 nanostructures
before and after thermal processing
5.5 Influence of the deposition method on the structural properties of
percolated Si:SiO2 nanostructures
5.6 Formation of interface layers and electrical characterization
6 Summary and outlook
6.1 Summary
6.2 Outlook
A EFTEM imagingSilicon-based technology determines the technological progress in the world significantly and is still a material of choice for further development of key technologies.
In particular the reduction of silicon structure sizes to a nanometer scale are of great interest. Most silicon nano structures are based on spherical, dot-like or cylindrical, wire-like geometries. A relatively new material system are three dimensional percolated nanocomposite networks of silicon within a silica matrix. To form any of these nano structures fast, room temperature processes are desired which also offer the possibility of structure modification by different process management.
The present work studies the formation of three-dimensional silicon nanocomposite networks by the deposition of a silicon rich silicon oxide (SiO x , with x < 2) and subsequent thermal treatment. Thereby, reactive ion beam sputter deposition (IBSD) as well as reactive magnetron sputtering (RMS) was compared. As well, the differences between a conventional oven and a millisecond line-focused diode laser were studied. As-deposited and thermally treated thin films were characterized with regard to the overall mean composition, homogeneity, morphology and structure by Rutherford backscattering, Raman spectroscopy, X-ray diffraction, spectroscopic ellipsometry, photospectrometry as well as cross-sectional and energy-filtered transmission electron microscopy.
Depending on the deposition method as well as the thermal treatment process different structure sizes and degrees of crystallization were achieved. Most notably it was found, that during 13 ms laser processing (oven: min. 90 min), much bigger structures (laser: ≈ 50 nm; oven: ≈ 10 nm) with a notably higher degree of crystallization (laser: ≈ 92-99%; oven: ≈ 35-80%) evolve. Moreover, the structure morphology after deposition is preserved during oven treatment but diminishes following laser processing. This was explained by a process via the liquid phase for laser processing in contrast to a solid state process during oven treatment. Finally it was shown, that intentional introduced vertical and horizontal composition fluctuations can be used to form well-defined silicon nano-networks with a three dimensional square mesh structure.:1 Introduction
2 Fundamentals
2.1 The silicon - silicon oxide system
2.1.1 The Si-O phase diagram
2.1.2 Chemical reaction consideration
2.2 Phase separation of binary systems
2.2.1 Phase separation regimes
2.2.2 Diffusion in solids
2.3 Different types of silicon nanostructures
2.3.1 0D - Silicon nanoparticles
2.3.2 1D - Silicon nanowires
2.3.3 3D - Silicon nanonetworks
3 Experimental methods
3.1 SiOx thin film deposition
3.1.1 SiOx thin films by ion beam sputter deposition
3.1.2 SiOx thin films by reactive magnetron sputter deposition
3.1.3 Comparison of ion beam and magnetron sputter deposition
3.2 Thermal processing of as-deposited SiOx thin films
3.2.1 Oven treatment
3.2.2 Laser treatment
3.3 Thin-film characterization
3.3.1 Rutherford backscattering
3.3.2 Spectroscopic ellipsometry and photospectrometry
3.3.3 Raman spectroscopy
3.3.4 X-ray diffraction
3.3.5 Transmission electron microscopy
4 Results
4.1 Accessible SiOx compositions as a function of deposition and annealing
method
4.2 Structure and properties of ion beam sputter deposited SiOx thin
films before and after thermal processing
4.2.1 Phase- and microstructure of SiO0:6 thin films deposited by
ion beam sputter deposition at 450°C
4.2.2 Phase- and microstructure of SiO0.6 thin films deposited by
ion beam sputter deposition at room temperature
4.3 Structure and properties of reactive magnetron sputter deposited
SiOx thin films before and after thermal processing
4.4 Multilayer SiOx films for the generation of defined squared mesh
structures
5 Discussion
5.1 Compositional homogeneity of SiO0:6 thin films before and after
thermal treatment
5.2 Phase structure of as-deposited SiOx thin films
5.3 Influence of the thermal treatment on the structural properties of
percolated Si:SiO2 nanostructures
5.3.1 Observed structural properties
5.3.2 Origin of different structure sizes - liquid vs. solid state
crystallization
5.4 Influence of the deposition temperature during ion beam sputtering
on the structural properties of percolated Si:SiO2 nanostructures
before and after thermal processing
5.5 Influence of the deposition method on the structural properties of
percolated Si:SiO2 nanostructures
5.6 Formation of interface layers and electrical characterization
6 Summary and outlook
6.1 Summary
6.2 Outlook
A EFTEM imagin
Kompressionsverhalten von metallischen- und graphitischen Brennstoffzellen-Stapeln im direkten Vergleich
No full textBrennstoffzellen-Stapel werden zu Beginn ihres Bauteil-Lebens einmal abschließend fix verspannt. Für das Kompressionsverhalten der Einheitszelle ist das Material der Bipolarplatte eine maßgebliche Einflussgröße. Auf Ebene der Bipolarplatte werden allgemein zwei Basismaterialien verwendet; beschichtete Metallplatten und Carbonplatten. Metallische Bipolarplatten bestehen aus dünnen Blechen. Bipolarplatten aus Carbon sind Vollkörper-Elemente aus carbongraphitischem Kompositmaterial, in deren Vollkörper die geometrische Struktur des Plattendesigns eingebettet ist. In diesem Beitrag wird ein Vergleich zwischen der Verpressung von Metallplatten-Stapeln gegenüber Carbonplatten-Stapeln auf Basis von produktionsnahen, statistischen Daten herangezogen. Hierbei ist das jeweils unterschiedliche Kompressionverhalten der Brennstoffzellen-Stapel mit ihren entsprechenden Federelementen entscheidend. Der Vergleich zeigt, dass ein fundamentaler Unterschied im Kompressionsverhalten zwischen beschichteten Metallplatten und komposit-basierten Carbonplatten besteht. Dies ist insbesondere im Hinblick auf großserien-taugliche Produktionsverfahren entscheidend, bei dem eng getaktete Stapel- und Verspannprozesse eine Schlüsselstelle im Aufbau von Brennstoffzellen-Stapeln als Massenprodukt darstellen.Fuel cell stacks are finally clamped in place at the beginning of their component life. The material of the bipolar plate is a decisive influencing factor for the compression behavior of the unit cell. Two basic materials are generally used at the level of the bipolar plate; coated metal plates and carbon plates. Metallic bipolar plates consist of thin sheets. Bipolar plates made of carbon are full-body elements made of carbon-graphitic composite material, in whose full body the geometric structure of the plate design is embedded. This article uses a comparison between the compression of metal plate stacks versus carbon plate stacks on the basis of production-related statistical data. The different compression behavior of the fuel cell stacks with their corresponding spring elements is decisive here. The comparison shows that there is a fundamental difference in the compression behavior between coated metal plates and composite-based carbon plates. This is particularly important with regard to production processes suitable for large-scale series, in which closely-timed stacking and clamping processes represent a key point in the construction of fuel cell stacks as a mass product
Vibration resistance of air bearing turbo compressors
Get PDFAir bearing radial turbo (also called centrifugal) compressors prevail in most mobile fuel cell air supply applications due to the small size and weight, the high efficiency and the oil- and maintenance free operation. An important aspect in mobile fuel cell applications is the vibration resistance of all system components, including the compressor, with vibration requirements up to 20 g in automotive applications.
This paper gives the background of the air bearing vibration characteristics, depicting the dependencies of vibration resistance on inlet conditions and operating points. The critical operating conditions concerning vibration resistance are identified, and it is outlined how vibration requirements can be included in the design process of an air bearing turbo compressor. A visualization of vibration resistance in the commonly used compressor map is presented, allowing the fuel cell system integrator to take qualified decisions for the mechanical integration of the compressor concerning vibrations
Mitteilungsblätter und Akademische Ehrungen. Vom Versuch, unstrukturierte digitale Dateisammlungen in eine digitale Struktur zu übernehmen
Get PDFAusgehend von der Darstellung der gegenwärtigen Situation am Archiv der Technischen Universität Graz bricht dieser Vortrag eine Lanze für die verstärkte Wahrnehmung des vorarchivischen Bereichs des records managements.
Auch bei der Übernahme unstrukturierter digitaler Unterlagen ist der Einsatz einer Schnittstellensoftware notwendig, die den Kriterien der DIN 31644 für vertrauenswürdige digitale Langzeitarchive entspricht und es den aktenproduzierenden Stellen ermöglicht, digitale Unterlagen anzuliefern.
Anhand der Beispiele der „Akademischen Ehrungen“ und der Mitteilungsblätter der Technischen Universität Graz wird in der Folge die Funktionsweise einer solchen am Archiv der Technischen Universität Graz programmierten Schnittstelle erklärt. In diesem Zusammenhang wird aber auch auf das Problem von Links eingegangen, die aus den Mitteilungsblättern auf weitere Homepages verweisen, wobei auch in diesem Fall die archivische Bewertung eine bedeutende Rolle einnimmt. Auch die Einführung von Rahmenaktenplänen und/oder Teilaktenplänen sowie der stete Kontakt zum Verwaltungspersonal können im Vorfeld für etwas mehr Struktur in der Datenablage sorgen.Based on the presentation of the current situation at the TU Graz archives, this contribution sticks up for the view, that increased awareness of the pre-archival area of records manegement ist necessary.
Even when taking over unstructured digital documents it is necessary to use an interface software that meets the criteria of DIN 31644 for trustworhy digital long-term archives and enables the offices, producing the files, to deliver digital documents in an adequate manner.
The functionality of such an interface, programmed an the TU Graz archives, is explained below using examples from the „Academic Honours“ and the official bulletin of the Graz University of Technology.
In this context, however, the problem of links that lead from the bulletin to other homepages is also adressed, whereby the archival evaluation also plays an important role in this context. The introduction of master filing plans and/or particular filing plans as well as a constant contact with the administrative staff can also ensure a little more structure in the area of data storage in advance
Netzwerklernen im Katastrophenschutz: Wie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben gemeinsam aus Katastrophenschutzübungen lernen
Get PDFAußergewöhnliche Schadensereignisse und Katastrophen zeichnen sich durch eine zunehmende Häufigkeit und Komplexität aus. Dabei können Extremereignisse nur durch eine koordinierte Zusammenarbeit von verschiedenen im Katastrophenschutz mitwirkenden Einsatzorganisationen und Behörden erfolgreich bewältigt werden. Zur Stärkung der Resilienz im Katastrophenschutz bedarf es folglich regelmäßiger interdisziplinärer Simulationstrainings. In der vorliegenden Arbeit befasst sich die Autorin mit dem Netzwerklernen von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) im Rahmen von simulationsgestützten Einsatztrainings. Aus systemtheoretischer Sicht werden die übergreifenden Fragestellungen untersucht, welchen Beitrag Katastrophenschutzübungen zum Netzwerklernen von BOS leisten und wie dieses Netzwerklernen beschrieben werden kann.
Zur Beantwortung der Forschungsfragen wurde eine Katastrophenschutzübung wissenschaftlich begleitet. Unter Verwendung von komplementären Methoden und Verfahren der empirischen Sozialforschung konnte eine schwache Verdichtung des kollektiven Wissenssystems nachgewiesen werden. Ebenso konnten die Phasen und Einflussfaktoren von Netzwerklernen detailliert rekonstruiert bzw. beschrieben werden. Die Erkenntnisse liefern Anknüpfungspunkte für die Erhöhung des Lern-Werts von Katastrophenschutzübungen sowie für weitere Forschungsarbeiten.:1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen der Katastrophenforschung
3 Theoretisches Vorverständnis für die Herleitung des Bezugsrahmens
4 Forschungsmodell und Arbeitshypothesen
5 Empirische Untersuchung
6 Zusammenfassung und AusblickUnexpected extreme events are characterized by increasing frequency and complexity. In this context, extreme events can only be successfully managed through coordinated cooperation between various emergency response organizations and agencies involved in disaster management. Consequently, regular interdisciplinary simulation-based response training is needed to strengthen resilience in disaster management. In this paper, the author deals with the network learning of agencies and organizations with security tasks from emergency response exercises. From a systems theory perspective, the overarching questions of what contribution disaster response exercises make to network learning of the actors participating in the network and how this network learning can be described are investigated.
To answer the research questions, a simulation-based disaster response exercise was scientifically accompanied. Using complementary methods and procedures of empirical social research, a weak condensation of the collective knowledge system could be demonstrated. Likewise, the phases and influencing factors of network learning could be reconstructed or described in detail. The findings provide starting points for increasing the learning value of disaster management exercises as well as for further research.:1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen der Katastrophenforschung
3 Theoretisches Vorverständnis für die Herleitung des Bezugsrahmens
4 Forschungsmodell und Arbeitshypothesen
5 Empirische Untersuchung
6 Zusammenfassung und Ausblic
Shape-Controlled Flexible Microelectronics Facilitated by Integrated Sensors and Conductive Polymer Actuators
No full textThe next generation of biomedical tools requires reshapeable electronics to closely interface with biological tissues. This will offer unique mechanical properties and the ability to conform to irregular geometries while being robust and lightweight. Such devices can be achieved with soft materials and thin-film structures that are able to reshape on demand. However, reshaping at the submillimeter scale remains a challenging task. Herein, shape-controlled microscale devices are demonstrated that integrate electronic sensors and electroactive polymer actuators. The fast and biocompatible actuators are capable of actively reshaping the device into flat or curved geometries. The curvature and position of the devices are monitored with strain or magnetic sensors. The sensor signals are used in a closed feedback loop to control the actuators. The devices are wafer-scale microfabricated resulting in multiple functional units capable of grasping, holding, and releasing biological tissues, as demonstrated with a neuronal bundle
Die alte Aktienspinnerei - ein neues Gebäude für die TU Chemnitz
Get PDFStefan Luther schildert die Geschichte der Chemnitzer Aktienspinnerei vom 19. Jahrhundert bis zum Einzug der Universitätsbibliothek der Technischen Universität Chemnitz
Nachhaltigkeitsbericht der TU Chemnitz: Nachhaltigkeitsbericht der TU Chemnitz Zeitraum 2015 bis März 2021
No full textMit dem ersten Nachhaltigkeitsbericht der TU Chemnitz wird ein Überblick in die nachhaltigkeitsbezogenen Aktivitäten und Beiträge der drittgrößten Hochschule Sachsens gegeben. Der Nachhaltigkeitsbericht umfasst den Zeitraum von 2015 bis März 2021. Im Bericht wird sich an einer ganzheitlichen Sicht der Nachhaltigkeit orientiert. Der Bericht enthält unter anderem das partizipativ entwickelte Nachhaltigkeitsverständnis der TU Chemnitz, wichtige Kennzahlen, aktuelle Entwicklungsbedarfe und beispielhafte nachhaltigkeitsausgerichtete Forschungsprojekte sowie Lehrveranstaltungen.The first sustainability report of the TU Chemnitz provides an overview of the sustainability-related activities and contributions of the third largest university in Saxony. The sustainability report covers the period from 2015 to March 2021. The report is oriented towards a holistic view of sustainability. Among other things, the report contains the participatory developed sustainability understanding of the TU Chemnitz, important key figures, current development needs and exemplary sustainability-oriented research projects and courses
Sensory and methodological aspects in biomechanical research of postural control and clinical fields of application
Get PDFThe human senses constitute a highly complex system based on various sensory organs, afferent pathways, and central processing locations, which allow us to
interact with the environment, but also with ourselves. A further domain is important to achieve this interaction: the motor system, which allows linguistic communication
and locomotion, for example. It becomes evident that sensory receptors work as a source of information to initiate, optimize, or cease motor activity. One generic term
for such sensory sources is the somatosensory system, which is mainly based on receptors located in muscles, tendons, and the skin (cutaneous sensitivity). In this
regard, it has been shown that cutaneous sensitivity contributes to human balance regulation. However, there are still debates concerning the exact role of plantar (foot
sole) receptor inputs in particular, and how their isolated contribution to, e.g., balance regulation may be assessed accordingly.
To investigate the interaction between plantar cutaneous sensitivity and human balance capabilities, several aspects need to be considered which are still
controversial and inconclusive in the scientific community. For example, when assessing cutaneous vibration sensitivity, it is well-known that increasing vertical
forces of the contactor toward the skin usually result in improved sensitivity.
However, it has not been profoundly investigated whether assessing plantar vibratory sensitivity differs when comparing a standing or sitting posture, which obviously involves different contactor forces. In addition, many studies implementing cutaneous sensitivity show certain limitations with respect to adequate data analyses. A similar aspect also applies when assessing balance performance: devices allowing an investigation of dynamic balance performance (induced by unexpected platform perturbations while standing, for example) have only been partially investigated with regard to their biomechanical quality criteria, such as reliability.
With these considerations in mind, the present doctoral thesis is based on five published studies. Study 1 investigates if plantar sensitivity is influenced by different
body positions when collecting data. Study 2 asks how to appropriatly analze plantar sensitivity data. Study 3 examines the reliability of dynamic balance responses using the so-called Posturomed device, and Study 4 identifies the isolated role of plantar inputs on balance responses, when an acute sensory manipulation is induced that exclusively affects plantar aspects. Ultimately, clinical fields of application (based on the previous four studies) are highlighted in Study 5.
The main findings of the first four studies can be summarized as follows. First, higher contact forces when standing compared to sitting did not influence plantar sensitivity. This is an important finding, as plantar sensitivity tests (often performed during sitting) may, hence, be brought into context with balance tests usually performed during standing. Second, plantar sensitivity data are shown to exhibit heteroscedasticity, meaning that the measurement error increases as the values increase. In Study 2, we provided an easy-to-follow example for how to account for
heteroscedasticity by logarithmizing the raw data, and how to control whether this approach was successful in eliminating heteroscedasticity. Third, dynamic balance
responses assessed via the Posturomed device exhibit an overall good reliability.
Occasional significant differences were shown to be clinically non-relevant, identified by root mean square error calculations. Fourth, a permanent plantar sensory
manipulation (hypothermia) was successfully achieved and maintained throughout data collection. Study 4 showed that the reduced plantar sensory input due to the
hypothermic manipulation was compensated during more unchallenging balance conditions (standing still). There was no full compensation during more challenging
balance conditions (unexpected platform perturbations during standing), however, with the body reacting with cautious motor behavior. This became evident by
decreased outcome measures following hypothermic plantar sensory manipulation.
These four studies shed further light onto investigations combining sensory and motor tests, especially with regard to physiological and methodological aspects that
should be considered when analyzing and interpreting associated data.
Finally, this doctoral thesis also provides an example of identifying clinical fields of application concerning sensory-focused research. In Study 5, we highlight the role of sensory research in the (early) diagnosis of diseases associated with cognitive decline. For this purpose, various instruments such as sensory tests or coordinative motor tests are implemented. Preliminary results suggest that not only classical cognitive parameters and questionnaires should be used to identify and better understand cognitive decline.Die menschlichen Sinne stellen ein sehr komplexes System dar, welches auf verschiedenen sensorischen Organen, afferenten Leitungsbahnen und zentralen Verarbeitungsstellen basiert und es uns ermöglicht, mit der Umwelt, aber auch mit uns selbst, zu interagieren. Dahingehend ist eine weitere wichtige Domäne wichtig, um diese Interaktion zu bewerkstelligen: das motorische System, welches etwa eine sprachliche Kommunikation oder auch die Fortbewegung ermöglicht. Es wird somit offensichtlich, dass sensorische Rezeptoren eine Informationsquelle darstellen, um motorische Aktivität zu initiieren, zu optimieren oder zu beenden. Ein grundlegender Terminus für solch sensorische Quellen ist das somatosensorische System, welches überwiegend auf Rezeptoren in Muskulatur, Sehnen und der Haut (kutane Sensibilität) beruht. Diesbezüglich wurde bereits aufgezeigt, dass die kutane Sensibilität einen Beitrag bei der menschlichen Gleichgewichtsregulation leistet.
Allerdings existieren dabei nachwievor Diskussionen in Bezug auf die genaue Bedeutung plantarer (die Fußsohle betreffend) Rezeptor-Inputs und inwieweit deren
isolierte Bedeutung bei der Gleichgewichtsregulation entsprechend ermittelt werden kann.
Um die Interaktion zwischen der kutanen Sensorik der Fußsohle und der menschlichen Gleichgewichtsfähigkeit zu erforschen, sollten verschiedene Aspekte
berücksichtigt werden, welche nachwievor kontrovers und nicht eindeutig in der Wissenschaft diskutiert werden. Bei Erhebungen der kutanen Vibrationssensibilität,
als Beispiel, ist bereits bekannt, dass erhöhte Vertikalkräfte, mit denen der Vibrationsstößel gegen die Haut appliziert ist, generell zu einer verbesserten Sensibilität/Sensorik führen. Allerdings wurde noch nicht klar erforscht, ob sich die plantare Vibrationssensibilität zwischen einer stehenden und sitzenden Haltung der Probanden/innen unterscheidet, wobei hier natürlich unterschiedliche Vertikalkräfte der Stößel wahrscheinlich sind. Darüber hinaus zeigen viele Studien, welche die Hautsensibilität untersuchen, gewisse Limitierungen in Bezug auf eine adäquate Datenanalyse. Ein sehr ähnlicher Aspekt trifft auch auf die Evaluierung der Gleichgewichtsfähigkeit zu: Messgeräte, welche dabei eine Erfassung der dynamischen Gleichgewichtsfähigkeit zulassen (z.B. eingeleitet durch unerwartete Plattform-Perturbationen während des Stehens), wurden bisher nur teilweise auf die biomechanischen Gütekriterien hin untersucht, wie etwa die Reliabilität.
Aufgrund dieser Überlegungen basiert die vorliegende Dissertation auf fünf publizierten Studien, welche folgende Aspekte untersuchten: Wird die plantare Sensibilität durch verschiedene Körperpositionen während der Datenaufnahme beeinflusst (Studie 1)? Wie können plantare Sensibilitätsdaten angemessen analysiert werden (Studie 2)? Darüber hinaus wurde ebenso untersucht, inwiefern das sogenannte 'Posturomed'-Messgerät bei der Beurteilung dynamischer Gleichgewichtsantworten reliable Messwerte liefert (Studie 3). Ferner wurde in Studie
4 untersucht, inwiefern isoliert plantare Inputsignale bei Gleichgewichtsantworten relevant sind (anhand einer akuten sensorischen Manipulation, welche ausschließlich
die Fußsohle betrifft). In Studie 5 werden konkrete klinische Anwendungsbeispiele aufgrund der vier hier vorgestellten Studien aufgezeigt.
Die Hauptergebnisse der ersten vier Studien können wie folgt zusammengefasst werden: Erstens, höhere vertikale Kontaktkräfte während des Stehens verglichen mit sitzenden Positionen führten zu keinen Unterschieden bzgl. der plantaren Sensibilität. Dies ist eine wichtige Erkenntnis, da plantare Sensorikmessungen (oft während des Sitzens durchgeführt) dadurch in Kontext mit Gleichgewichtstests gebracht werden können, welche normalerweise im Stehen erfolgen. Zweitens, Daten der plantaren Sensorik zeigten Heteroskedastizität, was bedeutet, dass sich der Messfehler mit Größenzunahme der Messwerte ebenso erhöht. Wir konnten in Studie 2 ein leicht zu erschließendes Beispiel aufzeigen, wie das Problem der Heteroskedastizität durch eine Logarithmierung der Rohdaten behandelt werden konnte und wie kontrolliert werden konnte, ob diese Behandlung erfolgreich war. Drittens, die dynamischen Gleichgewichtsantworten, welche
mittels des 'Posturomed' ermittelt wurden, zeigen insgesamt eine gute Reliabilität. Gelegentlich auftretende signifikante Unterschiede wurden anhand von Berechnungen der Wurzel
der mittleren Fehlerquadratsumme (root mean square error, RMSE) als klinisch nicht relevant eingestuft. Viertens, eine anhaltende plantar-sensorische Manipulation (Hypothermie) wurde erfolgreich eingeleitet und während der Datenerhebung aufrecht erhalten. Studie 4 zeigte ferner, dass die hypothermisch eingeleiteten reduzierten plantaren Sensorik-Inputs während der eher nicht herausfordernden quasi-statischen Gleichgewichtsbedingungen (einfaches aufrechtes Stehen) kompensiert werden konnten. Während der herausfordernden Gleichgewichtskonditionen (unerwartete Perturbationen der Plattform während des Stehens) hingegen wurde keine vollständige Kompensation erreicht. Allerdings reagierten die Probanden mit einem vorsichtigen motorischen Verhalten. Dies wurde durch die reduzierten Ergebnisparameter infolge der plantaren hypothermischen Manipulation ersichtlich. Die vier hier genannten Studien zeigen weitere Erkenntnisse in Bezug auf Forschungsaktivitäten, welche sensorische und motorische Tests vereinen. Dies trifft speziell in Hinblick auf physiologische und methodologische
Aspekte zu, welche bei der Analyse und Interpretation derartiger Daten in Betracht gezogen werden sollten. Zuletzt bietet diese Arbeit auch ein Beispiel dafür, welche klinischen Anwendungsfelder im Bereich der sensorisch-fokussierten Forschung identifiziert werden können. In Studie 5 wird dafür die Bedeutung sensorischer Forschung bei der (Früh-) Diagnose von Erkrankungen aufgezeigt, welche mit kognitiven Einschränkungen in Verbindung gebracht werden. Für diesen Zweck werden verschiedene Instrumente eingebracht, wie etwa sensorische oder koordinativ-motorische Tests. Vorläufige Ergebnisse deuten dabei bereits an, dass nicht nur die klassischen kognitiven Parameter und Fragebögen bei der Identifizierung oder zum Zwecke des besseren Verstehens kognitiven Verfalls einbezogen werden sollten
MOSAiC und weiter: Digitalisierung und nachhaltige Nutzung von Forschungsdaten in der Polarforschung
Get PDFDie MOSAiC-Expedition war die größte Polarexpedition, die je durchgeführt wurde. Mehr als ein Jahr driftete das Forschungsschiff Polarstern durch den Arktischen Ozean und erhob dabei unzählige Forschungsdaten. Die Umsetzung stellte große logistische und technische
Herausforderungen. Gleichzeitig setzte das Projekt Meilensteine in der Digitalisierung der MOSAiC-Daten.
Das vorhandene Datenrepositorim PANGEA wurde als Datenbasis für die Abspeicherung der erhobenen und gewonnenen Daten genutzt. Das Datenmanagement hatte ein frühestmögliches Teilen der Daten zum Ziel. Außerdem stand von Anfang an das Datenmanagement als ein Teil von open science und einer frühen Datenzitierbarkeit. Ab 2023 sollen alle MOSAiC-Daten im Repositorium frei verfügbar sein. MOSAiC ist der bisher größte Anwendungsfall für das Projekt Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI).The MOSAiC expedition was the largest polar expedition ever conducted. For more than a year, the research vessel Polarstern drifted through the Arctic Ocean collecting countless research data. The implementation posed major logistical and technical challenges. At the same time,
the project set milestones in the digitization of MOSAiC data.
The existing data repositoryim PANGEA was used as a database for storing the collected and acquired data. Data management aimed at sharing the data as early as possible. In addition, from the beginning, data management stood as a part of open science and early data citability.
Starting in 2023, all MOSAiC data should be freely available in the repository. MOSAiC is the largest use case to date for the National Research Data Infrastructure (NFDI) project