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Ausgründung aus der Universität - Ein praktischer Leitfaden für Wissenschaftler*innen
No full textOb MP3-Player, Elektro-Jet oder Hochgeschwindigkeits-Röntgendetektor – hinter erfolgreichen Produkten stehen wissenschaftliche Erfindungen und Wissenschaftler*innen, die ihre Technologien kommerzialisiert haben.
Auch Ihre Forschungsergebnisse könnten Potenzial für eine Ausgründung bieten. Doch vor dem Wechsel aus der Universität in die Selbstständigkeit stehen viele Fragen: Welche Marktchancen ergeben sich für meine Technologie? Welche Kompetenzen benötige ich in meinem Gründungsteam? Wie entwickle ich ein tragfähiges Geschäftsmodell? Und nicht zuletzt: Welche Förderprogramme und Finanzierungsoptionen gibt es für forschungsbasierte Ausgründungen? Das Workbook der Gründerwerkstatt neudeli möchte Ihnen als Wissenschaftler*in Unterstützung bei der Beantwortung dieser und vieler weiterer Fragen geben.
Liebevoll gestaltet durch die parzelle34 bietet das Workbook den geeigneten Einstieg zum Thema »Ausgründung aus der Wissenschaft«, gibt Ihnen erste Informationen sowie weiterführende Beratungsangebote an die Hand und animiert mit interaktiven Elementen dazu, direkt durchzustarten
Synthese von Fließmitteln aus Stärke und Untersuchung der Wechselwirkung mit Portlandzement
No full textDas Ziel dieser Arbeit war es, neuartige Fließmittel auf Basis von Stärke als nachwachsenden Rohstoff zu synthetisieren und die Wechselwirkung mit Portlandzement zu charakterisieren. Die Notwendigkeit, Alternativen zu synthetischen Zusatzmittel zu erforschen, ergibt sich aus der benötigten Menge zur Verarbeitung von ca. 4,1 Gt/a, wobei ca. 85 % der Zusatzmittel auf die Fließmittel entfallen.
Um Fließmittel aus Stärke zu synthetisieren, wurden drei Basisstärken unterschiedlicher Herkunft verwendet. Es wurde eine Maniokstärke mit einer niedrigen Molekularmasse und eine Weizenstärke mit einer hohen Molekularmasse verwendet. Darüber hinaus wurde eine Kartoffelstärke mit einer mittleren Molekularmasse, die ein Abfallprodukt der kartoffelverarbeitenden Industrie darstellt, genutzt. Die Stärkefließmittel wurden durch chemische Modifikation in einem zweistufigen Prozess synthetisiert. Im ersten Schritt wurde das Molekulargewicht der Weizen- und Kartoffelstärke durch säurehydrolytischen Abbau verringert. Für die kurzkettige Maniokstärke war eine Degradation der Molekularmasse nicht notwendig. Im zweiten Syntheseschritt wurden anionische Ladungen durch das Versetzen der degradierten Stärken und Maniokstärke mit Natriumvinylsulfonat in die Stärkemoleküle eingeführt.
Beurteilung der Synthesemethode zur Erzeugung von Stärkefließmitteln
In diesem Zusammenhang sollten molekulare Parameter der Stärkefließmittel gezielt eingestellt werden, um eine Fließwirkung im Portlandzement zu erhalten. Insbesondere die Molekularmasse und die Menge anionischer Ladungen sollte variiert werden, um Abhängigkeiten mit der Dispergierleistung zu identifizieren.
1. Es konnte durch GPC-Messungen gezeigt werden, dass die Molekularmasse der langkettigen Weizenstärke durch die gewählten Modifizierungsbedingungen zum säurehydrolytischen Abbau verringert werden konnte. Durch Variation der säurehydrolytischen Bedingungen wurden 4 degradierte Weizenstärken erzeugt, die eine Reduzierung der Molekularmasse um 27,5 – 43 % aufwiesen. Die Molekularmasse der Kartoffelstärke konnte durch säurehydrolytischen Abbau um ca. 26 % verringert werden.
2. Durch PCD-Messungen wurde gezeigt, dass anionische Ladungen durch Sulfoethylierung der freien Hydroxylgruppen in die degradierten Stärken eingeführt werden konnten. Durch Variation der Dauer der Sulfoethylierung konnte die Menge der anionischen Ladungen gesteuert und gezielt variiert werden, so dass Stärkefließmittel mit steigender Ladungsmenge in folgender Reihenfolge synthetisiert wurden:
W-3 < W-2 < K-1 < W¬-4 < W¬1 < M-1
Im Ergebnis der chemischen Modifizierung konnten 6 Stärkefließmittel mit variierten Molekularmassen und anionischen Ladungen erzeugt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Herkunft der Stärke für die chemische Modifizierung unerheblich ist. Die Fließmittel lagen synthesebedingt als basische, wässrige Suspensionen mit Wirkstoffgehalten im Bereich von 23,5 – 50 % vor.
Beurteilung der Dispergierleistung der synthetisierten Stärkefließmittel
Die Dispergierperformance wurde durch rheologische Experimente mit einem Rotationsviskosimeter erfasst. Dabei wurden der Einfluss auf die Fließkurven und die Viskositätskurven betrachtet. Durch Vergleich der Dispergierleistung mit einem Polykondensat- und einem PCE-Fließmittel konnte eine Einordnung und Bewertung der Fließmittel vorgenommen werden.
3. Die rheologische Experimente haben gezeigt, dass die Stärkefließmittel eine vergleichbar hohe Dispergierleistung aufweisen, wie das zum Vergleich herangezogen PCE-Fließmittel. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Fließwirkung der 6 Stärkefließmittel gegenüber dem Polykondensatfließmittel deutlich höher ist. Das aus der Literatur bekannte Einbrechen der Dispergierleistung der Polykondensat-fließmittel bei w/z-Werten < 0,4 konnte bestätigt werden.
4. Alle 6 Stärkefließmittel führten zu einer Verringerung der Fließgrenze und der dynamischen Viskosität des Zementleimes bei einem w/z-Wert von 0,35.
5. Der Vergleich der Dispergierleistung der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die anionische Ladungsmenge einen Schlüsselparameter darstellt. Die Stärkefließmittel M-1, K-1, W-1 und W-4 mit anionischen Ladungsmengen > 6 C/g zeigten die höchste Dispergier¬performance. Die vergleichend herangezogenen klassischen Fließmittel wiesen anionische Ladungsmengen im Bereich von 1,2 C/g (Polycondensat) und 1,6 C/g (PCE) auf. Die Molekularmasse schien für die Dispergierleistung zunächst unerheblich zu sein. Aus diesem Grund wurde die Basisweizenstärke erneut chemisch modifiziert, indem anionische Ladungen eingeführt wurden, ohne die Molekularmasse jedoch zu verringern. Das Stärkederivat wies verdickende Eigenschaften im Zementleim auf. Daraus konnte geschlussfolgert werden, dass eine definierte Grenzmolekularmasse (150.000 Da) existiert, die unterschritten werden muss, um Fließmittel aus Stärke zu erzeugen. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass durch die chemische Modifizierung sowohl Fließmittel als auch Verdicker aus Stärke erzeugt werden können.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des Portlandzementes
Aus der Literatur ist bekannt, dass Fließmittel die Hydratation von Portlandzement maßgeblich beeinflussen können. Aus diesem Grund wurden kalorimetrische und konduktometrische Untersuchungen an Zementsuspensionen, die mit den synthetisierten Stärkefließmitteln versetzt wurden, durchgeführt. Ergänzt wurden die Untersuchungen durch Porenlösungsanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Hydratation.
6. Die kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der Hydratation des Portlandzementes zeigten, dass die dormante Periode durch die Zugabe der Stärkefließmittel z.T. erheblich verlängert wird. Es konnte gezeigt werden, dass, je höher die anionische Ladungsmenge der Stärkefließmittel ist, desto länger dauert die dormante Periode andauert. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine niedrige Molekularmasse der Stärkefließmittel die Verlängerung der dormanten Periode begünstigt.
7. Durch die konduktometrischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass alle Stärkefließmittel die Dauer des freien- und diffusionskontrollierten CSH-Phasenwachstums verlangsamen. Insbesondere die Ausfällung des Portlandits, welches mit dem Erstarrungsbeginn korreliert, erfolgt zu deutlich späteren Zeitpunkten. Des Weiteren korrelierten die konduktometrischen Untersuchungen mit der zeitlichen Entwicklung der Calciumkonzentration der Porenlösungen. Der Vergleich der Stärkefließmittel untereinander zeigte, dass die Molekularmasse ein Schlüsselparameter ist. Das Stärkefließmittel M-1 mit der geringsten Molekularmasse, welches geringe Mengen kurzkettiger Anhydroglucoseeinheiten aufweist, verzögert die Hydratphasenbildung am stärksten. Diese Wirkung ist vergleichbar mit der von Zuckern. Darüber hinaus deuteten die Ergebnisse daraufhin, dass die Stärkefließmittel auf den ersten Hydratationsprodukten adsorbieren, wodurch die Hydratphasenbildung verlangsamt wird.
Die kalorimetrischen und konduktometrischen Daten sowie die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik des Zementes, erforderten eine genauere Betrachtung der Beeinflussung der Hydratation der Klinkerphasen C3A und C3S, durch die Stärkefließmittel. Demzufolge wurden die Untersuchungen mit den Klinkerphasen C3A und C3S in Analogie zum Portlandzement durchgeführt.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3A
Während die kalorimetrischen Untersuchungen zur C3A-Hydratation eine Tendenz zur verlangsamten Hydratphasenbildung durch die Stärkefließmittel aufzeigten, lieferten die konduktometrischen Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse zur Beeinflussung der C3A-Hydratation. Das Stadium I der C3A-Hydratation ist durch einen Abfall der elektrischen Leitfähigkeit geprägt. Dies korreliert mit dem Absinken der Calciumionenkonzentration und dem Anstieg der Aluminiumionenkonzentration in der Porenlösung der C3A-Suspensionen. Im Anschluss an das Stadium I bildet sich ein Plateau in den elektrischen Leitfähigkeitskurven aus.
8. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel das Stadium I der C3A-Hydratation, d.h. die Auflösung und Bildung erster Calciumaluminathydrate verlangsamen. Insbesondere die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erhöhten die Dauer des Stadium I. Das Stadium II wird durch die Stärkefließmittel in folgender Reihenfolge am stärksten verlängert: M-1 > W-3 > K-1 > W-2 ≥ W-4 und verdeutlicht, dass keine Abhängigkeit von der anionischen Ladungsmenge identifiziert werden konnte. Die Ergebnisse zeigten, dass speziell die kurzkettige Stärke M-1, das Stadium II länger aufrechterhalten.
9. Das Stadium III und IV der C3A-Hydratation wird insbesondere durch die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse verlängert.
Die Ergebnisse der Porenlösungsanalytik korrelieren mit den Ergebnissen der elektrischen Leitfähigkeit. Speziell die zeitlichen Verläufe der Calciumionenkonzentration bildeten die Verläufe der Konduktivitätskurven der C3A-Hydratation mit großer Übereinstimmung ab.
Beurteilung der Beeinflussung der Hydratation und der Porenlösung des C3S
Die Ergebnisse der kalorimetrischen Untersuchungen zur Beeinflussung der C3S-Hydratation durch die Stärkefließmittel zeigen, dass diese maßgeblich verlangsamt wird. Das Maximum des Haupthydratationspeaks wird zu späteren Zeiten verschoben und auch die Höhe des Maximums wird deutlich verringert. Durch die konduktometrischen Experimente wurde aufgeklärt, welche Stadien der C3S-Hydrataion beeinflusst wurden.
10. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Menge der eingebrachten anionischen Ladungen als auch das Vorhandensein sehr kleiner Stärkefließmittelmoleküle (Zucker), Schlüsselparameter der verzögerten Hydratationskinetik des C3S sind. Der grundlegende Mechanismus der Hydratationsverzögerung beruht auf einer Kombination aus verminderter CSH-Keimbildung und Adsorptionsprozessen auf den ersten gebildeten CSH-Phasen der C3S-Partikel.
Beurteilung des Adsorptionsverhaltens am Zement, C3A und C3S
Die Bestimmung des Adsorptionsverhaltens der Stärkefließmittel erfolgte mit der Phenol-Schwefelsäure-Methode an Zement,- C3A- und C3S-Suspensionen. Durch den Vergleich der Adsorptionsraten und Adsorptionsmengen in Abhängigkeit von den molekularen Parametern der Stärkefließmittel wurde ein Wechselwirkungsmodell identifiziert.
11. Die Ursache für die hohe Dispergierleistung der Stärkefließmittel liegt in Adsorptionsprozessen an den ersten gebildeten Hydratphasen des Zementes begründet. Die Molekularmasse der Stärkefließmittel ist ein Schlüsselparameter der entscheidend für den Mechanismus der Adsorption ist. Während anionische, langkettige Stärken an mehreren Zementpartikeln gleichzeitig adsorbieren und für eine Vernetzung der Zementpartikel untereinander sorgen (Verdickerwirkung), adsorbieren kurzkettige anionische Stärken lediglich an den ersten gebildeten Hydratphasen der einzelnen Zementpartikel und führen zu elektrostatischer Abstoßung (Fließmittelwirkung).
12. Es konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit geringerem Molekulargewicht bei höheren Konzentrationen an den Hydratphasen des Zementes adsorbieren. Die Stärkefließmittel mit höherer Molekularmasse erreichen bei einer Zugabemenge von 0,7 % ein Plateau. Daraus wird geschlussfolgert, dass die größeren Fließmittelmoleküle einen erhöhten Platzbedarf erfordern und zur Absättigung der hydratisierenden Oberflächen bei geringeren Zugabemengen führen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Stärkefließmittel mit höherer anionischer Ladungsmenge zu höheren Adsorptionsmengen auf den Zement-, C3A- und C3S-Partikeln führen.
13. Die Adsorptionsprozesse finden an den ersten gebildeten Hydratphasen der C3A-Partikel statt, wodurch sowohl die Auflösung des C3A als auch die Bildung der Calciumhydroaluminate verlangsamt wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Verlangsamung des freien- und diffusionskontrollierten Hydratphasenwachstums des C3S, durch die Adsorption der Stärkefließmittel auf den ersten gebildeten CSH-Phasen hervorgerufen wird. Des Weiteren wurde festgestellt, dass sehr kleine zuckerähnliche Moleküle in der kurzkettigen Maniokstärke in der Lage sind, die Bildung der ersten CSH-Keime zu unterdrücken. Dadurch kann die langanhaltende Plateauphase der elektrischen Leitfähigkeit der C3S-Hydratation erklärt werden.
Beurteilung der Porenstruktur- und Festigkeitsausbildung
Die Beurteilung der Qualität der Mikrostruktur erfolgte durch die Bestimmung der Rohdichte und der Porenradienverteilung mit Hilfe der Quecksilberhochdruckporosimetrie. Durch das Versetzen der Zementleime mit den Stärkefließmitteln konnten bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit Zementsteinprobekörper mit einem um 17,5 % geringeren w/z-Wert von 0,35 hergestellt werden. Die Absenkung des w/z-Wertes führt zu einem Anstieg der Rohdichte des Zementsteins.
14. Durch die Zugabe der Stärkefließmittel und den verringerten w/z-Wert wird die Porenstruktur der Zementsteinproben im Vergleich zum Referenzzementstein verfeinert, da die Gesamtporosität sinkt. Insbesondere der Kapillarporenanteil wird verringert und der Gelporenanteil erhöht. Im Unterschied zu den PCE-Fließmitteln führt die Zugabe der Stärkefließmittel zu keinem erhöhten Eintrag von Luftporen. Dies wiederum hat zur Folge, dass bei der Verwendung der Stärkefließmittel auf Entschäumer verzichtet werden kann.
15. Entsprechend der dichteren Zementsteinmatrix wurden für die Zementsteine mit den Stärkefließmitteln nach 7 d und 28 d, erhöhte Biegezug- und Druckfestigkeiten ermittelt. Insbesondere die 28 d Druckfestigkeit wurde durch den verringerten w/z-Wert um die Faktoren 3,5 - 6,6 erhöht
Stochastic multiscale modeling of polymeric nanocomposites using Data-driven techniques
No full textIn recent years, lightweight materials, such as polymer composite materials (PNCs) have been studied and developed due to their excellent physical and chemical properties. Structures composed of these composite materials are widely used in aerospace engineering structures, automotive components, and electrical devices. The excellent and outstanding mechanical, thermal, and electrical properties of Carbon nanotube (CNT) make it an ideal filler to strengthen polymer materials’ comparable properties. The heat transfer of composite materials has very promising engineering applications in many fields, especially in electronic devices and energy storage equipment. It is essential in high-energy density systems since electronic components need heat dissipation functionality. Or in other words, in electronic devices the generated heat should ideally be dissipated by light and small heat sinks.
Polymeric composites consist of fillers embedded in a polymer matrix, the first ones will significantly affect the overall (macroscopic) performance of the material. There are many common carbon-based fillers such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), carbon nanobuds (CNB), fullerene, and graphene. Additives inside the matrix have become a popular subject for researchers. Some extraordinary characters, such as high-performance load, lightweight design, excellent chemical resistance, easy processing, and heat transfer, make the design of polymeric nanotube composites (PNCs) flexible. Due to the reinforcing effects with different fillers on composite materials, it has a higher degree of freedom and can be designed for the structure according to specific applications’ needs. As already stated, our research focus will be on SWCNT enhanced PNCs. Since experiments are timeconsuming, sometimes expensive and cannot shed light into phenomena taking place for instance at the interfaces/interphases of composites, they are often complemented through theoretical and computational analysis.
While most studies are based on deterministic approaches, there is a comparatively lower number of stochastic methods accounting for uncertainties in the input parameters. In deterministic models, the output of the model is fully determined by the parameter values and the initial conditions. However, uncertainties in the input parameters such as aspect ratio, volume fraction, thermal properties of fiber and matrix need to be taken into account for reliable predictions. In this research, a stochastic multiscale method is provided to study the influence of numerous uncertain input parameters on the thermal conductivity of the composite. Therefore, a hierarchical multi-scale method based on computational homogenization is presented in to predict the macroscopic thermal conductivity based on the fine-scale structure. In order to study the inner mechanism, we use the finite element method and employ surrogate models to conduct a Global Sensitivity Analysis (GSA). The SA is performed in order to quantify the influence of the conductivity of the fiber, matrix, Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the macroscopic conductivity. Therefore, we compute first-order and total-effect sensitivity indices with different surrogate models.
As stochastic multiscale models are computational expensive, surrogate approaches are commonly exploited. With the emergence of high performance computing and artificial intelligence, machine learning has become a popular modeling tool for numerous applications. Machine learning (ML) is commonly used in regression and maps data through specific rules with algorithms to build input and output models. They are particularly useful for nonlinear input-output relationships when sufficient data is available. ML has also been used in the design of new materials and multiscale analysis. For instance, Artificial neural networks and integrated learning seem to be ideally for such a task. They can theoretically simulate any non-linear relationship through the connection of neurons. Mapping relationships are employed to carry out data-driven simulations of inputs and outputs in stochastic modeling.
This research aims to develop a stochastic multi-scale computational models of PNCs in heat transfer. Multi-scale stochastic modeling with uncertainty analysis and machine learning methods consist of the following components:
-Uncertainty Analysis. A surrogate based global sensitivity analysis is coupled with a hierarchical multi-scale method employing computational homogenization. The effect of the conductivity of the fibers and the matrix, the Kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio on the ’macroscopic’ conductivity of the composite is systematically studied. All selected surrogate models yield consistently the conclusions that the most influential input parameters are the aspect ratio followed by the volume fraction. The Kapitza Resistance has no significant effect on the thermal conductivity of the PNCs. The most accurate surrogate model in terms of the R2 value is the moving least square (MLS).
-Hybrid Machine Learning Algorithms. A combination of artificial neural network (ANN) and particle swarm optimization (PSO) is applied to estimate the relationship between variable input and output parameters. The ANN is used for modeling the composite while PSO improves the prediction performance through an optimized global minimum search. The thermal conductivity of the fibers and the matrix, the kapitza resistance, volume fraction and aspect ratio are selected as input parameters. The output is the macroscopic (homogenized) thermal conductivity of the composite. The results show that the PSO significantly improves the predictive ability of this hybrid intelligent algorithm, which outperforms traditional neural networks.
-Stochastic Integrated Machine Learning. A stochastic integrated machine learning based multiscale approach for the prediction of the macroscopic thermal conductivity in PNCs is developed. Seven types of machine learning models are exploited in this research, namely Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS), Support Vector Machine (SVM), Regression Tree (RT), Bagging Tree (Bag), Random Forest (RF), Gradient Boosting Machine (GBM) and Cubist. They are used as components of stochastic modeling to construct the relationship between the variable of the inputs’ uncertainty and the macroscopic thermal conductivity of PNCs. Particle Swarm Optimization (PSO) is used for hyper-parameter tuning to find the global optimal values leading to a significant reduction in the computational cost. The advantages and disadvantages of various methods are also analyzed in terms of computing time and model complexity to finally give a recommendation for the applicability of different models
Vertical green system for gray water treatment: Analysis of the VertiKKA-module in a field test
No full textThis work presents a modular Vertical Green System (VGS) for gray water treatment, developed at the Bauhaus-Universität Weimar. The concept was transformed into a field study with four modules built and tested with synthetic gray water. Each module set contains a small and larger module with the same treatment substrate and was fed hourly. A combination of lightweight structural material and biochar of agricultural residues and wood chips was used as the treatment substrate. In this article, we present the first 18 weeks of operation. Regarding the treatment efficiency, the parameters chemical oxygen demand (COD), total phosphorous (TP), ortho-phosphate (ortho-P), total bound nitrogen (TNb), ammonium nitrogen (NH4-N), and nitrate nitrogen (NO3-N) were analyzed and are presented in this work. The results of the modules with agricultural residues are promising. Up to 92% COD reduction is stated in the data. The phosphate and nitrogen fractions are reduced significantly in these modules. By contrast, the modules with wood chips reduce only 67% of the incoming COD and respectively less regarding phosphates and the nitrogen fraction
Schwerpunkt Kollektiv
Full text linkDie neuere und höchst produktive Konjunktur des »Kollektiv«-Begriffs in Soziologie und Kulturtheorie, wie sie sich insbesondere durch die Ent-faltung der Akteur-Netzwerk-Theorie herausgebildet hat, ist zunächst durch vier miteinander zusammenhängende Eigentümlichkeiten gekennzeichnet. Erstens bezeichnet das »Kollektiv« in diesem Sinne vor allem anderen eine Ansammlung von Entitäten zu einem als Ganzem operativen, möglicherweise sogar handlungs- und reflexionsfähigen Komplex. Die Operationen werden dabei erstens im »Kollektiv« und durch das »Kollektiv« ausgeführt, gleichzeitig jedoch sind sie es, die das »Kollektiv« überhaupt erst aufspannen und relationieren und so zusammenhalten und reproduzieren bzw. variieren. Das Besondere daran ist zweitens – und das unterscheidet den »Kollektiv«-Begriff etwa von demjenigen des Systems –, dass es keine Subsumption der beteiligten Entitäten unter das kollektive Gebilde gibt. Die Operationsfähigkeit und der Zusammenschluss führen weder zu einem Aufgehen des Einzelnen im Ganzen, noch zerfällt im Rückfall das Ganze in eine bloße Gesamtheit aufsummierbarer Teile und Effekte. Kurz: Das »Kollektiv« kann nicht über die Beziehung von Ganzem und Teil definiert und schon gar nicht nach einer dieser beiden Seiten hin aufgelöst werden. Drittens, und das ist der vermutlich plakativste Zug des neuen »Kollektiv«-Begriffs, umfasst das »Kollektiv« Entitäten völlig heterogener Art, genauer: Es bringt solche Gegebenheiten zusammen, die nach klassischer ontologischer Tradition verschiedenen Seinsbezirken zugerechnet worden wären. Das sind vor allem die berühmten menschlichen und nichtmenschlichen Akteure Bruno Latours, das sind also Personen und Artefakte, Kultur- und Naturdinge, Intelligibles und Sensibles, Reflexives und Irreflexives, Technisches und Ästhetisches, Bilder und Objekte oder sogar Materielles und Immaterielles wie Geister, Götter und Ahnen, so bei Descola oder Gell. Und viertens schließlich ist der »Kollektiv«-Begriff speziell ein Kontrastbegriff , der innerhalb der »neuen Soziologie« der Akteur-Netzwerk-Theorie an die Stelle des Gesellschaftsbegriff s treten soll, eben um dessen humanozentrische Prägung einerseits und seine subsumptive, generalisierende und anti-partikulare Tradition
andererseits abzustreifen
Framing Algorithm-Driven Development of Sets of Objectives Using Elementary Interactions
No full textMulti-criteria decision analysis (MCDA) is an established methodology to support the decision-making of multi-objective problems. For conducting an MCDA, in most cases, a set of objectives (SOO) is required, which consists of a hierarchical structure comprised of objectives, criteria, and indicators. The development of an SOO is usually based on moderated development processes requiring high organizational and cognitive effort from all stakeholders involved. This article proposes elementary interactions as a key paradigm of an algorithm-driven development process for an SOO that requires little moderation efforts. Elementary interactions are self-contained information requests that may be answered with little cognitive effort. The pairwise comparison of elements in the well-known analytical hierarchical process (AHP) is an example of an elementary interaction. Each elementary interaction in the development process presented contributes to the stepwise development of an SOO. Based on the hypothesis that an SOO may be developed exclusively using elementary interactions (EIs), a concept for a multi-user platform is proposed. Essential components of the platform are a Model Aggregator, an Elementary Interaction Stream Generator, a Participant Manager, and a Discussion Forum. While the latter component serves the professional exchange of the participants, the first three components are intended to be automatable by algorithms. The platform concept proposed has been evaluated partly in an explorative validation study demonstrating the general functionality of the algorithms outlined. In summary, the platform concept suggested demonstrates the potential to ease SOO development processes as the platform concept does not restrict the application domain; it is intended to work with little administration moderation efforts, and it supports the further development of an existing SOO in the event of changes in external conditions. The algorithm-driven development of SOOs proposed in this article may ease the development of MCDA applications and, thus, may have a positive effect on the spread of MCDA applications
Information Retrieval for the Digital Humanities
No full textIn ten chapters, this thesis presents information retrieval technology which is tailored to the research activities that arise in the context of corpus-based digital humanities projects.
The presentation is structured by a conceptual research process that is introduced in Chapter 1. The process distinguishes a set of five research activities: research question generation, corpus acquisition, research question modeling, corpus annotation, and result dissemination. Each of these research activities elicits different information retrieval tasks with special challenges, for which algorithmic approaches are presented after an introduction of the core information retrieval concepts in Chapter 2.
A vital concept in many of the presented approaches is the keyquery paradigm introduced in Chapter 3, which represents an operation that returns relevant search queries in response to a given set of input documents. Keyqueries are proposed in Chapter 4 for the recommendation of related work, and in Chapter 5 for improving access to aspects hidden in the long tail of search result lists.
With pseudo-descriptions, a document expansion approach is presented in Chapter 6. The approach improves the retrieval performance for corpora where only bibliographic meta-data is originally available. In Chapter 7, the keyquery paradigm is employed to generate dynamic taxonomies for corpora in an unsupervised fashion.
Chapter 8 turns to the exploration of annotated corpora, and presents scoped facets as a conceptual extension to faceted search systems, which is particularly useful in exploratory search settings. For the purpose of highlighting the major topical differences in a sequence of sub-corpora, an algorithm called topical sequence profiling is presented in Chapter 9.
The thesis concludes with two pilot studies regarding the visualization of (re)search results for the means of successful result dissemination: a metaphoric interpretation of the information nutrition label, as well as the philosophical bodies, which are 3D-printed search results.In zehn Kapiteln stellt diese Arbeit Information-Retrieval-Technologien vor, die auf die Forschungsaktivitäten korpusbasierter Digital-Humanities-Projekte zugeschnitten sind.
Die Arbeit strukturiert sich an Hand eines konzeptionellen Forschungsprozess der in Kapitel 1 vorgestellt wird. Der Prozess gliedert sich in fünf Forschungsaktivitäten: Die Generierung einer Forschungsfrage, die Korpusakquise, die Modellierung der Forschungsfrage, die Annotation des Korpus sowie die Verbreitung der Ergebnisse. Jede dieser Forschungsaktivitäten bringt unterschiedliche Information-Retrieval-Aufgaben mit besonderen Herausforderungen mit sich, für die, nach einer Einführung in die zentralen Information-Retrieval-Konzepte in Kapitel 2, algorithmische Ansätze vorgestellt werden.
Ein wesentliches Konzept der vorgestellten Ansätze ist das in Kapitel 3 eingeführte Keyquery-Paradigma. Hinter dem Paradigma steht eine Suchoperation, die als Antwort auf eine gegebene Menge von Eingabedokumenten relevante Suchanfragen zurückgibt. Keyqueries werden in Kapitel 4 für die Empfehlung verwandter Arbeiten, in Kapitel 5 für die Verbesserung des Zugangs zu Aspekten im Long Tail von Suchergebnislisten vorgeschlagen.
Mit Pseudo-Beschreibungen wird in Kapitel 6 ein Ansatz zur Document-Expansion vorgestellt. Der Ansatz verbessert die Suchleistung für Korpora, bei denen ursprünglich nur bibliografische Metadaten vorhanden sind. In Kapitel 7 wird das Keyquery-Paradigma eingesetzt, um auf unüberwachte Weise dynamische Taxonomien für Korpora zu generieren.
Kapitel 8 wendet sich der Exploration von annotierten Korpora zu und stellt Scoped Facets als konzeptionelle Erweiterung von facettierten Suchsystemen vor, die besonders in explorativen Suchszenarien nützlich ist. Um die wichtigsten thematischen Unterschiede und Entwicklungen in einer Sequenz von Sub-Korpora hervorzuheben, wird in Kapitel 9 ein Algorithmus zum Topical Sequence Profiling vorgestellt.
Die Arbeit schließt mit zwei Pilotstudien zur Visualisierung von Such- bzw. Forschungsergebnissen als Mittel für eine erfolgreiche Ergebnisverbreitung: eine metaphorische Interpretation des Information-Nutrition-Labels, sowie die philosophischen Körper, 3D-gedruckte Suchergebnisse
Tiempos imaginados y espacios áridos: controversias en torno al agua en el Valle de Catamarca (siglos XIX-XX)
No full textThe thesis addresses journalistic, administrative and judicial historical documentation to analyze the links between aridity and geographical imaginaries in the province of Catamarca (Argentina), from a historical point of view. The research aims to contribute to the understanding of the "non-hegemonic" versions of Modernity, its territoriality and the productions of geographic imaginaries that they involve. To provide a broad purpose, it raises as an object of study the ways in which "modern" practices, actors, links, discourses and expectations about the territory are mobilized when they are located in a space in "other" water conditions. those that are intended to "civilize" it.
The general objective of the research is to analyze time-space controversies around water in the city and valley of Catamarca towards 19th and 20th centuries. The specific objectives derived are a) analyzing how various actors are related to waters behavior - in other words, the local water regime – in Catamarca and the meanings built around it. b) to analyze the controversies about the place of Catamarca and its water regime in the local and national geographic imaginary. c) analyze controversies in which the relationships between actors and materialities involved in modernization projects are put into discussion.
These concerns by the experience of the actors and by the historical-spatial imagination of the territory, combined, led to the construction of an interdisciplinary methodology based on tools from anthropology, sociology, geography and history
Object-Oriented Damage Information Modeling Concepts and Implementation for Bridge Inspection
No full textBridges are designed to last for more than 50 years and consume up to 50% of their life-cycle costs during their operation phase. Several inspections and assessment actions are executed during this period. Bridge and damage information must be gathered, digitized, and exchanged between different stakeholders. Currently, the inspection and assessment practices rely on paper-based data collection and exchange, which is time-consuming and error-prone, and leads to loss of information. Storing and exchanging damage and building information in a digital format may lower costs and errors during inspection and assessment and support future needs, for example, immediate simulations regarding performance assessment, automated maintenance planning, and mixed reality inspections. This study focused on the concept for modeling damage information to support bridge reviews and structural analysis. Starting from the definition of multiple use cases and related requirements, the data model for damage information is defined independently from the subsequent implementation. In the next step, the implementation via an established standard is explained. Functional tests aim to identify problems in the concept and implementation. To show the capability of the final model, two example use cases are illustrated: the inspection review of the entire bridge and a finite-element analysis of a single component. Main results are the definition of necessary damage data, an object-oriented damage model, which supports multiple use cases, and the implementation of the model in a standard. Furthermore, the tests have shown that the standard is suitable to deliver damage information; however, several software programs lack proper implementation of the standard
Discontinuous propagating fronts: linear and nonlinear systems
No full textThe aim of this study is controlling of spurious oscillations developing around discontinuous solutions of both linear and non-linear wave equations or hyperbolic partial differential equations (PDEs). The equations include both first-order and second-order (wave) hyperbolic systems. In these systems even smooth initial conditions, or smoothly varying source (load) terms could lead to discontinuous propagating solutions (fronts). For the first order hyperbolic PDEs, the concept of central high resolution schemes is integrated with the multiresolution-based adaptation to capture properly both discontinuous propagating fronts and effects of fine-scale responses on those of larger scales in the multiscale manner. This integration leads to using central high resolution schemes on non-uniform grids; however, such simulation is unstable, as the central schemes are originally developed to work properly on uniform cells/grids. Hence, the main concern is stable collaboration of central schemes and multiresoltion-based cell adapters. Regarding central schemes, the considered approaches are: 1) Second order central and central-upwind schemes; 2) Third order central schemes; 3) Third and fourth order central weighted non-oscillatory schemes (central-WENO or CWENO); 4) Piece-wise parabolic methods (PPMs) obtained with two different local stencils. For these methods, corresponding (nonlinear) stability conditions are studied and modified, as well. Based on these stability conditions several limiters are modified/developed as follows: 1) Several second-order limiters with total variation diminishing (TVD) feature, 2) Second-order uniformly high order accurate non-oscillatory (UNO) limiters, 3) Two third-order nonlinear scaling limiters, 4) Two new limiters for PPMs. Numerical results show that adaptive solvers lead to cost-effective computations (e.g., in some 1-D problems, number of adapted grid points are less than 200 points during simulations, while in the uniform-grid case, to have the same accuracy, using of 2049 points is essential). Also, in some cases, it is confirmed that fine scale responses have considerable effects on higher scales.
In numerical simulation of nonlinear first order hyperbolic systems, the two main concerns are: convergence and uniqueness. The former is important due to developing of the spurious oscillations, the numerical dispersion and the numerical dissipation. Convergence in a numerical solution does not guarantee that it is the physical/real one (the uniqueness feature). Indeed, a nonlinear systems can converge to several numerical results (which mathematically all of them are true). In this work, the convergence and uniqueness are directly studied on non-uniform grids/cells by the concepts of local numerical truncation error and numerical entropy production, respectively. Also, both of these concepts have been used for cell/grid adaptations. So, the performance of these concepts is also compared by the multiresolution-based method. Several 1-D and 2-D numerical examples are examined to confirm the efficiency of the adaptive solver. Examples involve problems with convex and non-convex fluxes. In the latter case, due to developing of complex waves, proper capturing of real answers needs more attention. For this purpose, using of method-adaptation seems to be essential (in parallel to the cell/grid adaptation). This new type of adaptation is also performed in the framework of the multiresolution analysis.
Regarding second order hyperbolic PDEs (mechanical waves), the regularization concept is used to cure artificial (numerical) oscillation effects, especially for high-gradient or discontinuous solutions. There, oscillations are removed by the regularization concept acting as a post-processor. Simulations will be performed directly on the second-order form of wave equations. It should be mentioned that it is possible to rewrite second order wave equations as a system of first-order waves, and then simulated the new system by high resolution schemes. However, this approach ends to increasing of variable numbers (especially for 3D problems).
The numerical discretization is performed by the compact finite difference (FD) formulation with desire feature; e.g., methods with spectral-like or optimized-error properties. These FD methods are developed to handle high frequency waves (such as waves near earthquake sources). The performance of several regularization approaches is studied (both theoretically and numerically); at last, a proper regularization approach controlling the Gibbs phenomenon is recommended.
At the end, some numerical results are provided to confirm efficiency of numerical solvers enhanced by the regularization concept. In this part, shock-like responses due to local and abrupt changing of physical properties, and also stress wave propagation in stochastic-like domains are studied