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Advanced Dispersion-Corrected DFT Studies on Structural, Energetic, and Electronic Properties of Low-Dimensional Materials
No full textThis thesis investigates the structural, energetic, and electronic properties of two-dimensional (2D) materials, focusing on graphene, hexagonal boron nitride (hBN), transition metal dichalcogenides (TMDCs), and arsenic phosphide (AsP) bilayers, using dispersion-corrected density functional theory (DFT) and random Phase Approximation (RPA). Central to our analysis is the use of dispersion-corrected DFT methods, particularly the SCAN-rVV10 and PBE-rVV10L functionals, to accurately predict interlayer distances, interaction energies, and electronic properties. We assess these properties across a wide range of 2D materials in both homogeneous and heterostructured forms.
This thesis demonstrates the effectiveness of standard DFT methods in predicting intralayer properties like bond lengths and lattice constants. However, it is the advanced London dispersion-corrected functionals, such as SCAN-rVV10, that are particularly effective in detailing interlayer distances and interactions. These interlayer phenomena are crucial for accurate material characterization and application. For instance, in homogeneous and heterostructured layered systems, SCAN-rVV10 accurately predicts interlayer distances and interaction energetics, aligning closely with experimental and higher-level theoretical RPA results.
Moreover, in studying binding behavior, particularly for {Mo,Ti}S2 nanostructures interacting with organic molecules, we illustrate how molecular orientation and surface structure influence binding characteristics. This research emphasizes that molecule interactions at edge and basal plane sites are crucial for controlling the shape and growth of these nanostructures. Molecules often bind more strongly to edge sites, promoting edge passivation and vertical stacking, while basal plane interactions, especially with thiophene, favor lateral growth.
In conclusion, this thesis not only advances our understanding of the fundamental properties of 2D materials but also provides crucial insights into the accuracy of DFT methods in predicting these properties. By identifying the strengths and limitations of different dispersion-corrected DFT methods, we open the way for more accurate computational research and practical applications of these materials. This comprehensive analysis bridges theoretical predictions with potential industrial applications, underscoring the transformative impact of 2D materials in science and technology
Microscopic derivation of hydrodynamic transport across various systems
No full textApplications of hydrodynamics can be found in virtually all branches of modern physics. While the name of the field betrays that its origins lie in the study of water motion, over time, hydrodynamics – also known as fluid mechanics – has come to be understood as something much broader: a universal framework for studying transport in many-body systems near equilibrium. Indeed, developing a hydrodynamic description usually requires only knowledge of the equilibrium thermodynamic properties of a system, along with the symmetries it obeys. The validity of this approach is restricted solely by the condition that out-of-equilibrium perturbations must occur over length scales significantly larger than the microscopic scales of the system.
Hydrodynamic equations necessarily contain several transport coefficients with unknown magnitudes, which usually need to be determined experimentally. However, when both hydrodynamics and some form of kinetic theory can be applied to a system, these transport coefficients can be computed (or, more commonly, estimated) based on the underlying microscopic physics. This productive overlap between hydrodynamics and kinetic theory forms the central theme of this thesis.
The thesis presents several ways in which the existing methods for obtaining hydrodynamic transport properties from microscopic models can be generalized.
First, the long-standing challenge of determining transport coefficients for a non-relativistic ideal gas is addressed using a fully covariant framework. This approach extends the standard derivation of transport equations to curved non-relativistic spacetimes and non-inertial reference frames. This result makes significant strides toward resolving a fifty-year-old debate over the significance of the principle of frame invariance in kinetic theory.
Second, kinetic theory is used to investigate nonlocal conductivity in Weyl semimetals, providing a microscopic derivation of transport properties in a newly identified transport regime dubbed the anomaly-induced nonlocal regime. A hydrodynamic description of this regime is presented, revealing an intimate connection between its distinctive transport characteristics and the chiral anomaly. This analysis is complemented by identification of potential signatures of this novel regime in skin-effect experiments.
Finally, a microscopic model is proposed that, as demonstrated through a coarse-graining analysis, offers a potential realization of the recently hypothesized odd viscoelastic fluids: materials that exhibit fluid-like behavior at low frequencies and solid-like behavior at high frequencies, while simultaneously displaying chiral response to deformations
Auswirkung der neuen gesetzlichen und normativen Regelungen auf Industrieroboter-Systeme
No full textEU-Verordnungen und ISO-Normen verändern die Nutzung von Industrieroboter und beeinflussen
deren Integration in effiziente Produktionssysteme. Die rasante Entwicklung der Digitalisierung und
die Notwendigkeit einer umfassenden Vernetzung haben Auswirkungen auf die Sicherheit von
Maschinen, die Gestaltung von Arbeitsplätzen und die Anforderungen an die Ausbildung der
Beschäftigten. Mit einer Reihe von Gesetzen und Richtlinien schafft die EU einen Ordnungsrahmen
für die aktuellen Technologien und versucht, die Rahmenbedingungen für weitere Entwicklungen
festzulegen. Gleichzeitig ist die Industrie gefordert, zusätzliche Kompetenzen in bestimmten
Bereichen der Digitalisierung aufzubauen. Einige Herausforderungen sind jedoch noch zu
bewältigen, z. B. wie der Sicherheitsnachweis für in Maschinen integrierte Künstliche Intelligenz für
autonome mobile Roboter erbracht werden kann, wie die Zertifizierung von Software als
Sicherheitselement und dessen Integration in die Automatisierungssysteme und wie die Behandlung
von Industrierobotern als vollständige und nicht mehr als unvollständige Maschinen erfolgen wird
Erweiterung eines FD-FLIM Messsystems durch MQTT Anbindung eines Roboters zur automatischen Sortierung von Altholzklassen
No full textZiel des Projektes Fluoreszenz ID von Altholz (FrIDAH)5 ist die Entwicklung eines Demonstrators gewesen,
welcher die automatisierte Sortierung von Altholzproben gemäß der Altholzverordnung unter
Verwendung der Messung von Fluoreszenzabklingzeiten ermöglicht. In diesem Beitrag werden der
entwickelte Messaufbau, die Software, das Automatisierungssystem, sowie der Klassifikator vorgestellt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die verwendete Technologie zur zuverlässigen Klassifikation von
Altholz geeignet ist und für die automatisierte Sortierung angewendet werden kann
Bericht des Landesbeauftragten für Inklusion der Menschen mit Behinderungen nach § 12 Absatz 6 Sächsisches Inklusionsgesetz
No full textAufgabe des Landesinklusionsbeauftragten ist es, darauf hinzuwirken, die Benachteiligung von Menschen mit Behinderungen zu beseitigen und zu verhindern sowie ihre gleichberechtigte Teilhabe am Leben in der Gesellschaft zu gewährleisten und ihnen eine selbstbestimmte Lebensführung zu ermöglichen sowie dafür Sorge zu tragen, dass alle Vorschriften zugunsten von Menschen mit Behinderungen eingehalten werden. Hierzu berät er die Staatsregierung in Fragen der Politik für Menschen mit Behinderungen sowie bei deren Fortentwicklung und Umsetzung und arbeitet in zahlreichen Fachgremien der Staatsregierung mit. Die Staatsministerien haben den Landesinklusionsbeauftragten frühzeitig bei allen Gesetzes-, Verordnungs- und sonstigen Vorhaben grundsätzlicher oder besonderer Bedeutung zu beteiligen, soweit sie Fragen der gleichberechtigten Teilhabe von Menschen mit Behinderungen am Leben in der Gesellschaft behandeln oder berühren. Gemäß § 12 Abs. 6 Sächsisches Inklusionsgesetz unterrichtet der Landesinklusionsbeauftragte die Staatsregierung über die Ergebnisse seiner Beratungstätigkeit. Dies wird mit dem vorliegenden Bericht, der sich auf den Zeitraum von der erstmaligen Berufung am 3. Dezember 2021 bis zum 31. Juli 2023 bezieht, erfüllt.
Redaktionsschluss: 31.08.202
Implementation of Machine Learning algorithms on PLCnext Technology platform
No full textIn a master’s degree project, the end goal was to build an experiment setup to demonstrate the
capabilities of the PLCnext controller introduced by Phoenix Contact in 2018. Various options for the
setup design were considered, leading to a setup where the controller performs anomaly detection
using machine learning models. A test setup in which anomalies can be introduced has been built. The
test stand is a mechanical assembly composed of a crankshaft and sliding block. The crank shaft is
driven by a 24V DC motor, and the sliding block is mechanically loaded by an adjustable hydraulic
damper. The following anomalies can be introduced in this machine: deviation in the voltage level for
the drive motor, increased level of friction in the damper, clearance in the sliding block out of design
limits. In operation the slider-crankshaft mechanism causes a time-periodic variation of the motor
current. The parameters of this waveform can be analysed for a setup operating in either nominal or
abnormal conditions. The anomalies listed above affect the motor torque. Since the torque of a DC
motor is directly proportional to its current, each anomaly can be detected from current measurement.
All data from the current sensor is stored in working memory of the controller. This measured data is
labelled to be transformed into a database. The data obtained when the setup operates without
producing errors is labelled as normal data. The data obtained with an anomaly introduced in the
system is labelled as anomaly data. A machine learning model can then be trained to label future
unknown data as normal data or anomaly data
Entwicklung und Kombination neuartiger Sensorik zum Sehen und Fühlen für den ReBel Cobot
No full textDas Projekt zur Mensch-Roboter-Kollaboration an der Hochschule Bochum hatte das Ziel, einen sicheren
Übergabeprozess eines Werkstücks von einem Roboterarm (igus® ReBel Cobot) in die Hand
eines Menschen zu entwickeln. Dabei wurden drei Teilprojekte bearbeitet, die sich jeweils mit unterschiedlichen
sensorischen Ansätzen zur Erkennung der Hand und der Kollisionsvermeidung befassten.
Im ersten Teilprojekt wurde eine kameragestützte Objekterkennung implementiert, die mithilfe
von maschinellem Lernen die Position der Hand und des Werkstücks bestimmt. Das zweite Teilprojekt
befasste sich mit der Entwicklung eines kapazitiven Frontsensors, der die Position der Hand
unter dem Werkstück erkennt. Beide Systeme nutzen unterschiedliche Technologien, um die Sicherheit
der Übergabe zu gewährleisten. Im dritten Teilprojekt wurde ein kapazitiver Kollisionssensor
entwickelt, der den Roboter vor Hindernissen, wie menschliche Körperteile, stoppen lässt. Alle Sensorkonzepte
arbeiten redundant, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Das Projekt bot den Studierenden
neben den technischen Herausforderungen auch die Möglichkeit verschiedene Ansätze zu diskutieren,
zu realisieren und die Zusammenarbeit in interdisziplinären Teams zu stärken
Achtung Kamera!: Hinweise zur Videoüberwachung für Bürgerinnen und Bürger, Wirtschaft und Behörden
No full textVideoüberwachung ist heutzutage weit verbreitet. Doch nur in Ausnahmefällen ist der Kameraeinsatz datenschutzrechtlich zulässig. In der Broschüre erhalten Leserinnen und Leser einen umfassenden Überblick zur Rechtslage – sowohl allgemein als auch für die häufigsten Verarbeitungssituationen: Videoüberwachung im privaten Bereich (Nachbarschaft, Kleingärten, Dashcam, Drohnen etc.), bei Unternehmen (Gastronomie, Handel, Freizeiteinrichtungen, Beschäftigtenüberwachung etc.) und bei öffentlichen Stellen, insbesondere den sächsischen Kommunen und der Polizei.
Redaktionsschluss: 22.05.202
