Applied Cybersecurity & Internet Governance Repository
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erweiterte Machbarkeitsstudie und erste Anwendungen
No full textModerne Methoden des maschinellen Lernens, wie künstliche neuronale Netze, sind aktuell Gegenstand intensiver internationaler Forschung, da sie in der Lage sind, komplexe und nichtlineare Datenstrukturen zu erfassen und durch geeignete Modellarchitekturen und Trainingstechniken robuste Vorhersagen zu ermöglichen.
Im Themengebiet der nuklearen Sicherheitsforschung bezieht sich ein mögliches Anwendungsgebiet auf die Erstellung von kritischen Parameterkurven. Diese existieren meist für eine Vielzahl von Anreicherungen und mit einer umfangreichen Abdeckung des Konzentrationsbereichs von 235U über mehrere Größenordnungen hinweg, sodass ihre Erstellung ein zeit- und rechenintensives Unterfangen ist.
Der vorliegende Bericht dokumentiert die Untersuchungen der GRS zur möglichen Anwendung von künstlichen neuronalen Netzen zur Erstellung von kritischen Parameter-kurven. Aufbauend auf einer Machbarkeitsstudie wurden dabei verschiedene Architekturen neuronaler Netze untersucht und deren Modellparameter und Trainingstechniken optimiert. Die Anwendung eines immer komplexeren Modells ist bei Anwendung eines einzigen Modells auf mehrere Ausgangsparameter, bzw. für die Anwendung auf mehrere chemischen Systeme notwendig.
In jeder Phase der Arbeiten wurde in einem weiten Konzentrationsbereich eine gute Reproduzierbarkeit der tatsächlichen Daten erreicht. In den extremen Randbereichen sehr niedriger und sehr hoher Spaltstoffkonzentration der Kurven, die von starken Nichtlinearitäten geprägt sind, verringert sich die Vorhersagekraft. Der Vergleich mit linearer Interpolation zeigte durchweg eine bessere Reproduzierbarkeit durch die neuronalen Netze, vor allem zu diesen Randbereichen hin.Modern machine learning methods, such as artificial neural networks, are currently the subject of intensive international research. They are capable of capturing complex and nonlinear data structures and, through suitable model architectures and training techniques, enabling robust predictions.
In the field of nuclear safety research, one potential area of application lies in the generation of critical parameter curves. These typically exist for a wide range of enrichments and cover the concentration range of ²³⁵U over several orders of magnitude. Therefore, their generation is a time- and computation-intensive endeavor.
This report documents the investigations conducted by GRS into the potential application of artificial neural networks for generating critical parameter curves. Building on a feasibility study, various neural network architectures were examined, and their model parameters and training techniques optimized. The use of increasingly complex models is necessary when applying a single model to multiple input parameters or across various chemical systems.
At each stage of the work, good reproducibility of the actual data was achieved over a wide range of concentrations. In regions of very low or very high fissile material concentrations, at the extreme edge of the parameter curves, which are characterized by strong nonlinearities, the predictive power decreases. In comparison, linear interpolation consistently showed inferior reproducibility, especially in these edge regions, where the neural networks performed significantly better
Abschlussbericht
No full textIm Zusammenhang mit dem Erreichen globaler Ziele, wie der Verringerung der Nutzung fossiler Energieträger sowie des Ausstoßes von Treibhausgasen, spielen Leichtbaukonzepte eine zentrale Rolle. Die Substitution metallischer Bauteile durch Metall-Kunststoff-Verbunde geht mit einer Reduzierung der Masse einher. Entsprechende Verbunde mit Duroplasten sind im Luftfahrsektor etabliert. Der hohe Herstellungsaufwand steht allerdings einem breiten Einsatzbereich entgegen. Die Substitution durch Thermoplaste stellt einen geeigneten Lösungsansatz dar. Die resultierende Verbundfestigkeit kombiniert form-, stoff- sowie kraftschlüssige Anteile und beruht größtenteils auf mechanischer Verklammerung. Durch eine gezielte Bearbeitung bzw. Mikrostrukturierung des metallischen Verbundpartners sind eine Erhöhung der Verbundfestigkeit und eine Erweiterung des Einsatzspektrums möglich.
Im Projekt werden die Ziele verfolgt, Algorithmen zur Bewertung definiert eingestellter Oberflächenfeingestalten anhand der fraktalen Geometrie zu formulieren sowie die Zusammenhänge zwischen dieser und der interlaminaren Festigkeit unter Berücksichtigung chemischer Ober- bzw. Grenzflächeneigenschaften zu ermitteln. Durch die Oberflächenkonditionierung auf unterschiedlichen Skalierungsebenen sowie die Modifikation mit Organosilanen sollen die Gültigkeitsbereiche der getroffenen Annahmen identifiziert werden. Zur gezielten Steigerung der Verbundfestigkeit soll ein primär umformender Prozess mit Werkzeugen mit geometrisch bestimmten Schneiden zur definierten Einstellung der Oberflächenfeingestalt entwickelt werden.
Die Herstellung definierter Oberflächenfeingestalten erfolgt zunächst mittels Laserbearbeitung. Entsprechend bearbeitete Probekörper werden u. a. zur Bestimmung der Messbedingungen für die Erfassung der mikrogeometrischen Eigenschaften der Mikrostrukturen genutzt, um anschließend die fraktale Dimension bestimmen zu können. Ähnliche Probekörper werden ebenfalls für die Beschichtung mit haftvermittelndem Organosilan verwendet. Auf Basis der Scherfestigkeitsuntersuchungen können eine Steigerung der Verbundfestigkeit mit größer werdender Strukturdichte sowie eine weitere Erhöhung durch die Beschichtung mit Organo-silan nachgewiesen werden. Zur Mikrostrukturierung des metallischen Fügepartners wird das Ultrasonic vibration assisted deformational machining (UVADM) entwickelt. Unter Nutzung von FE-Simulationen erfolgt die Auslegung der Werkzeuggeometrie sowie relevanter Bereiche der Bearbeitungsparameter. In den experimentellen Untersuchungen werden die Einflüsse der Werkzeuggeometrie und der Bearbeitungsbedingungen auf die Oberflächeneigenschaften er-mittelt. Die Analyse zeigt eine hohe Übereinstimmung mit den Simulationen. Zusammenhänge zwischen Oberflächenfeingestalt und Festigkeit des Metall-Kunststoff-Verbundes wurden ermittelt. Im Ergebnis der Untersuchungen kann festgehalten werden, dass die fraktale Dimen-sion ein geeignetes Mittel zur quantitativen Bewertung der Zusammenhänge darstellt.Lightweight design plays a key role in achieving global goals such as reducing fossil fuel consumption and greenhouse gas emissions. The substitution of metal components with metal-polymer composites entails a reduction in mass. Thermoset composites are already well established in the aerospace sector. However, the high manufacturing costs are an obstacle to a wider range of applications. Substitution with thermoplastics is one solution. The resulting interlaminar strength is based on mechanical interlocking and combines formfit, materialfit and forcefit components. In particular, targeted processing or microstructuring of the metallic composite partner can increase composite strength and extend the range of applications.
The aim of the project is the development of algorithms for the evaluation of predefined surface microstructures based on fractal geometry. Furthermore, the correlations between the fractal geometry and the interlaminar strength, considering surface and interfacial chemical properties, should be determined. Surface conditioning at different scaling levels and modification with adhesion-promoting organosilanes are used to identify the ranges of validity of the as-sumptions made. In order to increase the interlaminar strength, a primarily forming process using tools with geometrically defined cutting edges for the specific adjustment of the surface microstructure based on fractal geometry is developed.
In this project, laser processing is initially used to create defined surface microstructures. Specimens processed in this way are used, among other things, to determine the measurement conditions for recording the geometric properties of the microstructures in order to subsequently calculate the fractal dimension. Similar specimens are also used for organosilane coating. Shear strength tests demonstrate an increase in interlaminar strength with growing microstructure density and a further increase with organosilane coating. Ultrasonic vibration assisted deformational machining (UVADM) is developed to microstructure the metallic joining partner. Tool geometry and relevant ranges of machining parameters are designed based on FE sim-ulations. The influences of tool geometry and the machining conditions on the surface properties are determined in the experimental investigations. The analyses show a high degree of agreement with the simulations. Correlations between surface microstructure and interlaminar strength are determined. The fractal dimension is shown to be a suitable means of evaluating the relationships quantitatively
Sachbericht zum Verwendungsnachweis
No full textIntellektuelle Entwicklungsstörungen (IES) sind schwere, früh beginnende Erkrankungen, die Lernen, Verhalten und Selbstständigkeit nachhaltig beeinträchtigen. Für viele Betroffene fehlen bislang wirksame Therapien. Das EPINEURODEVO Projekt setzt genau hier an und untersucht, wie epigenetische Mechanismen, insbesondere die Histon-H3K4-Methylierung, die neuronale Entwicklung steuern und bei IES fehlgeleitet werden. Dieser Ansatz beruht auf der Tatsache, dass genetische Analysen zeigen, dass Mutationen in der enzymatischen Maschinerie der H3K4-Methylierung (H3K4-Methyltransferasen und -Demethylasen) in Patientenkohorten überproportional häufig auftreten und dieser Prozess damit offenbar maßgeblich zur Pathogenese beiträgt. Ziel des Verbundes ist es, solche H3K4-abhängigen Störungen systematisch über Modellgrenzen hinweg zu kartieren und in Richtung neuer diagnostischer und therapeutischer Ansätze zu übersetzen
Abschlussbericht
No full textQuantenkommunikation ist die "Kunst quantenmechanische Zustände zu verteilen" (Nicolas Gisin). Die Anwendungen sind vielfältig, beginnend bei bedingungslos sicherer klassischer Kommunikation basierend auf physikalischen Naturgesetzen und ultimativ endend bei der Vernetzung zukünftiger
Quantencomputer. Auf globaler Ebene ist das Ziel ein sog. "Quanteninternet". Da Quantenzustände aber fragil sind und nicht-klassische Lichtzustände, insbes. einzelne photonische Quantenbits, exponentiell schnell mit der Propagationslänge in einem optischen Glasfaserkanal (wie er in der klassischen optischen Kommunikation ebenfalls benutzt wird) verloren gehen, ist die Quantenschlüsselverteilung oder allgemein die Quantenkommunikation bisher noch auf Distanzen von einigen 100km begrenzt. Einzig sog. Relays wurden bereits für viel größere Distanzen demonstriert, wobei dort echte Quanten-Links von bis zu 100km klassisch (also "inkohärent") verknüpft werden. Die Verteilung kohärenter langreichweitiger quantenmechanischer Verschränkung über Distanzen jenseits von 1000km und die damit mögliche Vermeidung vertrauenswürdiger Knotenpunkte ca. alle 100km im Kontext der sicheren Schlüsselverteilung bedarf eines sog. Quantenrepeaters.
Im Gegensatz zum klassischen Repeater können beim Quantenrepeater die abgeschwächten Lichtzustände nicht einfach wiederverstärkt werden, da dies die Quantenzustände verändert oder zerstört. Stattdessen kann man kurzreichweitige Verschränkung über ca. 100km verteilen und diese dann über viele Segmente mittels „Quantenteleportation“ verknüpfen. Um dabei nicht ebenfalls eine exponentiell schlechte Effizienz („Rate“) zu erhalten, müssen die einzelnen Repeater-Segmente synchronisiert werden. Dies geschieht mittels Quantenspeicher.
Im Mainzer Teilprojekt waren dies sog. Silizium-Fehlstellen in Diamanten, in welche robuste Quantenbits kodiert werden können und welche mit den in den Glasfasern propagierenden Lichtpulsen gekoppelt werden können. Theoretisch gibt es bei größeren, skalierbaren Quantenrepeatern viele verschiedene Strategien wie man die Verschränkunsverteilungen und die Quantenteleportationen kombinieren kann. Es ist hochgradig komplex die entsprechenden Repeater-Raten exakt zu berechnen und zu optimieren. Diese Schwierigkeit erhöht sich nicht nur mit der Größe des Quantenrepeaters (mit der Anzahl der Repeater-Segmente), sondern auch mit dem Übergang von idealisierten zu realistischeren Modellen für die experimentelle Implementierung einschließlich der wichtigsten oder gar aller auftretenden Fehlerquellen (neben Kanalverlusten sind dies insbesondere Speicher-Dephasierung sowie Gatter-Fehler)
Final report on the DFG Heisenberg project "Quantum Gravity from String Theory"
No full text[No abstract available
Innovationswettbewerb INVITE (Digitale Plattform berufliche Weiterbildung) - Abschlussbericht
No full textDatei-Upload durch TI
Abschlussbericht
No full textDas BMBF-Projekt BioQuant zielte darauf ab, DNA-stabilisierte Metall-Quantencluster, kurz QC:DNA, als neuartige Sensorelemente für die nächste Generation mikrofluidisch integrierter Lab-on-a-Chip (LOC)-Technologien für den industriellen Einsatz zu qualifizieren. Ausgangspunkt war der Bedarf an kosteneffizienten, empfindlichen und einfach handhabbaren Sensorlösungen, die mehrere Analyte quantitativ und parallel nachweisen können. Dazu klärte das Projekt offene Fragen zu Sequenz-Fluoreszenz-Beziehungen, Synthese, Stabilität und sensorischer Funktion von QC:DNA und entwickelte Protokolle zur Immobilisierung und Biokonjugation sowie ein kompaktes, tröpfchenbasiertes Hochdurchsatz-Mikrofluidiksystem mit integrierter Fluoreszenzauslese.
Am Fraunhofer ISC und IME wurden über 120 neue QC:DNA, darunter mehr als 60 eigene Designs, entwickelt und hinsichtlich Synthese und Stabilität optimiert. In umfangreichen Screenings zeigten QC:DNA ein intrinsisches Sensorvermögen, wodurch Mykotoxine, Arzneimittelrückstände und hormonell-wirkende Substanzen ohne zusätzliche Funktionalisierung qualitativ und quantitativ detektiert werden konnten. Protokolle zur Immobilisierung auf Partikeln und Oberflächen zeigten die gleiche Fluoreszenz-Funktionalität der QC:DNA. Für die Biokonjugation wurden Peptidkopplungen erfolgreich etabliert; zudem wurden zahlreiche Ansätze zur Aptameranbindung erarbeitet, die in Folgearbeiten zur vollen Funktionalität weiterzuentwickeln sind. In Kooperation mit dem Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg wurde der Proof-of-Concept einer sensorisch aktiven QC:DNA in einem tröpfchenbasierten Hochdurchsatzsystem demonstriert. BioQuant erweitert damit die Anwendbarkeit von DNA-stabilisierte Metall-Quantenclustern substanziell und legt die Grundlage für zukünftige LOC-Sensorplattformen und industrielle Einsatzszenarien
Ertüchtigung eines kommerziellen Strömungssimulationsprogrammes zum praktikablen Gebrauch bei realen Brandszenarien Teil II
No full textIm zweiten Teil des Berichts wurde die, im Teil I [1] erstellte, Referenzkombination für die dreidimensionale numerische Berechnung von realen, instationären Brandszenarien eingesetzt. Bei der Übertragung auf Brandszenarien wird zwischen brandlastkontrollierten und ventilations-kontrollierten Brandereignissen unterschieden. Ein brandlastkontrollierter Brand wird mit einer nach NFPA-Standard entwickelten Brandleistungskurve simuliert. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass die Berücksichtigung der Brandausbreitung in der Brandentstehungsphase einen leichten Einfluss hat, den Brandverlauf jedoch nicht signifikant verändert. Zur Untersuchung ventilations-kontrollierter Brände wurden zwei Modelle entwickelt und implementiert. Ein Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, dass die Verlöschung abgebildet wird, wobei allerdings infinitesimale Unterschiede im zeitlichen Verlauf bestehen.
Im Abschluss wurden stochastische Effekte wie das Flammenflackern und das Flammenablösen einer frei-brennenden Gasflamme numerisch untersucht. Um wichtige Brandeigenschaften wie die Flammenlänge mit und ohne Ablösungen zu vergleichen, wurde eine neuartige, bildgebende Methode für die Auswertung von Foto- und Videoaufnahmen experimenteller Ergebnisse entwickelt und eingesetzt. Mit Hilfe einer Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung von Flammenlängen wurden die Ergebnisse dieser Auswertung mit den Ergebnissen der instationären Simulation verglichen.
Allgemein lässt sich festhalten, dass die Analysen zeigen, dass CFD-Modelle eine realitätsnahe Abbildung von Temperaturfeldern, Strömungsstrukturen und Rauchschichten ermöglichen und somit ein wertvolles Instrument in der brandschutztechnischen Planung darstellen. Die Qualität der Simulationsergebnisse hängt stark von der Genauigkeit der Eingangsparameter, der Netzauflösung sowie der Modellannahmen ab. Besonders Unsicherheiten in der Materialcharakterisierung und bei der Randbedingungsdefinition können zu signifikanten Abweichungen führen.
Datei-Upload durch TI