TU Braunschweig: LeoPARD - Publications And Research Data
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Erste Änderungsordnung der Besonderen Prüfungsordnung für den Bachelorstudiengang "Batterie- und Wasserstofftechnologie" der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Braunschweig
No full textNAVIP: Unraveling the influence of neighboring small sequence variants on functional impact prediction
Full text linkOnce a suitable reference sequence has been generated, intra-species variation is often assessed by re-sequencing. Variant calling processes can reveal all differences between strains, accessions, genotypes, or individuals. These variants can be enriched with predictions about their functional implications based on available structural annotations, i.e., gene models. Although these functional impact predictions on a per-variant basis are often accurate, some challenging cases require the simultaneous incorporation of multiple adjacent variants into this prediction process. Examples include neighboring variants which modify each other's functional impact. The Neighborhood-Aware Variant Impact Predictor (NAVIP) considers all variants within a given protein coding sequence when predicting the effect. As a proof of concept, variants between the Arabidopsis thaliana accessions Columbia-0 and Niederzenz-1 were annotated. NAVIP is freely available on GitHub (https://github.com/bpucker/NAVIP) and accessible through a web server (https://pbb-tools.de)
Systematic bacteriophage selection for the lysis of multiple Pseudomonas aeruginosa strains
Full text linkPseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen causing severe infections of the lung, burn wounds and eyes. Due to its intrinsic high antibiotic resistance the bacterium is difficult to eradicate. A promising therapeutic option is the use of P. aeruginosa-specific bacteriophages. Thus, the implementation of a phage therapy requires their selection, production and systematic administration using multiple strains of the bacterial target. Here, we used 25 phages and tested their susceptibility on 141 different P. aeruginosa strains isolated from patients with different types of infection. Comparative host spectrum analyses were carried out using double agar overlay plaque assay (DPA) and planktonic killing assay (PKA), which resulted in 70% of the cases in the same host range. All phages were assigned to known phage genera, but some of the phages are new species. Isolated members of the genera Pakpunavirus, Pbunavirus (myoviruses), Pawinskivirus, Elvirus (myoviruses, jumbo phages), Litunavirus and Bruynoghevirus (podoviruses) demonstrated great therapeutic potential due to strong lysis behavior on diverse strains. Seven phages were excluded for therapeutic purposes due to genetic determinants that confer lysogenicity. Due to automation with lower time expenditure in execution and analysis, PKA has the higher potential for implementation in diagnostics. Finally, different combinations of phages were tested in silico with various P. aeruginosa strains. Highly efficient phage combinations eradicating multiple P. aeruginosa strains were found. Thus, a solid basis for the development of a broad host range phage therapy was laid
Deterministic and statistical calibration of constitutive models from full-field data with parametric physics-informed neural networks
Full text linkThe calibration of constitutive models from full-field data has recently gained increasing interest due to improvements in full-field measurement capabilities. In addition to the experimental characterization of novel materials, continuous structural health monitoring is another application that is of great interest. However, monitoring is usually associated with severe time constraints, difficult to meet with standard numerical approaches. Therefore, parametric physics-informed neural networks (PINNs) for constitutive model calibration from full-field displacement data are investigated. In an offline stage, a parametric PINN can be trained to learn a parameterized solution of the underlying partial differential equation. In the subsequent online stage, the parametric PINN then acts as a surrogate for the parameters-to-state map in calibration. We test the proposed approach for the deterministic least-squares calibration of a linear elastic as well as a hyperelastic constitutive model from noisy synthetic displacement data. We further carry out Markov chain Monte Carlo-based Bayesian inference to quantify the uncertainty. A proper statistical evaluation of the results underlines the high accuracy of the deterministic calibration and that the estimated uncertainty is valid. Finally, we consider experimental data and show that the results are in good agreement with a finite element method-based calibration. Due to the fast evaluation of PINNs, calibration can be performed in near real-time. This advantage is particularly evident in many-query applications such as Markov chain Monte Carlo-based Bayesian inference
Die Rolle der O-spezifischen Antigenexpression und ihre Auswirkungen auf die Virulenzregulierung und Anpassung von Pseudomonas aeruginosa
Full text linkPseudomonas aeruginosa is a versatile bacterium found in various environments and is a well-known opportunistic human pathogen, particularly in hospital-acquired infections. It causes both acute and chronic biofilm-associated infections, posing a significant threat due to its ability to form biofilms, increasing rates of multi-drug resistance, and its large repertoire of virulence factors. Among these, bacterial motility is a key virulence factor, playing a crucial role in enhancing host-pathogen interactions and facilitating invasion. This study aimed to unravel contributors to bacterial motility and infection establishment, providing deeper insights into P. aeruginosa pathogenicity and adaptability. To achieve this, we employed a combinatorial approach, conducting a global motility screen with a collection of clinical P. aeruginosa PA14-like isolates, alongside transcriptional profiling of these isolates. Through this approach, we identified the O-specific antigen (OSA) biosynthesis gene cluster of P. aeruginosa PA14, a component of lipopolysaccharides (LPS), as potentially involved in swimming and twitching motility. We generated clean knockout mutants, to confirm its role in OSA biosynthesis and resistance to human serum, demonstrating that the absence of OSA increases cell surface hydrophobicity by exposing the hydrophobic lipid A molecule. Phenotypic characterization revealed an environment-dependent effect on bacterial motility and antimicrobial resistances. Further investigation highlighted the role of OSA in biofilm formation, altering biofilm structure and enhancing the biofilm maturation process. Additionally, we gained insights into the role of OSA during infection. We demonstrated that OSA expression is critical during the early stages of infection, providing protection against the host immune response, enabling P. aeruginosa to reach its full virulence potential, and promoting infection establishment. Transcriptional profiling and antibiotic treatment studies during ongoing infections further clarified the role of OSA in bacterial adaptability and infection progression. Overall, this study contributes to our understanding of the O-specific antigen as a key marker of adaption during infection. We shed light into the regulatory mechanism underlying its downregulation, which facilitates the transition from a motile, planktonic state to a sessile, biofilm-associated lifestyle, underlying its importance in infection progression.Pseudomonas aeruginosa ist ein vielseitiges Bakterium, das in verschiedenen Umgebungen vorkommt und ein bekannter opportunistischer Krankheitserreger beim Menschen ist, insbesondere bei nosokomialen Infektionen. Es verursacht sowohl akute als auch chronische Biofilm-assoziierte Infektionen und stellt aufgrund seiner Fähigkeit zur Bildung von Biofilmen, der zunehmenden Multiresistenz und seines großen Repertoires an Virulenzfaktoren eine erhebliche Bedrohung dar. Einer dieser Faktoren ist die bakterielle Motilität, die eine entscheidende Rolle bei der Förderung von Wirt-Pathogen-Interaktionen und der Erleichterung der Invasion spielt. Ziel dieser Studie war es, die Faktoren zu entschlüsseln, die zur bakteriellen Motilität und zur Etablierung der Infektion beitragen, um so tiefere Einblicke in die Pathogenität und Anpassungsfähigkeit von P. aeruginosa zu erhalten. Um dies zu erreichen, haben wir einen kombinierten Ansatz angewandt, bei dem wir ein globales Motilitätsscreening mit einer Sammlung von klinischen P. aeruginosa PA14-ähnlichen Isolaten sowie eine Transkriptionsprofilerstellung dieser Isolate durchgeführt haben. Mit diesem Ansatz identifizierten wir das Gencluster für die Biosynthese des O-spezifischen Antigens (OSA) von P. aeruginosa PA14, einer Komponente der Lipopolysaccharide (LPS), als potenziell an der Schwimm- und Zuckungsmotilität beteiligt. Wir haben saubere Knockout-Mutanten erzeugt, die die Rolle des Gencluster bei der OSA-Biosynthese und der Resistenz gegenüber Humanserum bestätigten und zeigen, dass das Fehlen von OSA zu einer erhöhten Hydrophobizität der Zelloberfläche führt, da das hydrophobe Lipid A-Molekül freigelegt wird. Die phänotypische Charakterisierung ergab umweltabhängige Auswirkungen auf die bakterielle Motilität und antimikrobielle Resistenz. Weitere Untersuchungen unterstrichen die Bedeutung des OSA bei der Biofilmbildung, der Veränderung der Biofilmstruktur und der Förderung des Biofilmreifungsprozesses. Darüber hinaus haben wir Einblicke in die Rolle von OSA während der Infektion gewonnen. Wir konnten nachweisen, dass die OSA-Expression in den frühen Phasen der Infektion entscheidend ist, da sie Schutz vor der Immunantwort des Wirts bietet, P. aeruginosa in die Lage versetzt, sein volles Virulenzpotenzial zu erreichen, und die Etablierung der Infektion fördert. Studien zum Transkriptionsprofil und zur Antibiotikabehandlung während laufender Infektionen klärten die Rolle von OSA bei der bakteriellen Anpassungsfähigkeit und dem Fortschreiten der Infektion weiter auf. Insgesamt trägt diese Studie zu unserem Verständnis des O-spezifischen Antigens als Schlüsselmarker für die Anpassung während der Infektion bei. Wir konnten den Regulationsmechanismus aufklären, der seiner Herunterregulierung zugrunde liegt, die den Übergang von einem beweglichen, planktonischen Zustand zu einer sessilen, Biofilm-assoziierten Lebensweise erleichtert, was seine Bedeutung für das Fortschreiten der Infektion erklärt
Landmaschinen, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz: Auswirkungen der EU-Maschinenverordnung auf landwirtschaftliche Maschinen und ihr Verhältnis zur Verordnung über künstliche Intelligenz
No full textDie Zukunft der Landwirtschaft ist autonom – selbstfahrende Landmaschinen, die eigenständig vom Hof ausrücken, Felder bearbeiten und anschließend sicher in die Scheune zurückkehren, sind längst keine Utopie mehr. Doch auf dem Weg zu dieser Vision gilt es, zahlreiche nicht nur technische, sondern auch regulatorische Herausforderungen zu meistern. Die neue EU-Maschinenverordnung (Machinery Regulation, MR) bringt bedeutende Änderungen für die Produktsicherheit von Maschinenprodukten in Europa. Sie ersetzt die bisherige Maschinenrichtlinie und berücksichtigt erstmals moderne Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und autonome Systeme. Ausgangspunkt des Anwendungsbereichs bleibt dabei die Maschine im engeren Sinne als Gesamtheit verbundener Teile, von denen sich mindestens ein Teil, getrieben durch eine Antriebskraft, bewegen lässt. Ergänzend treten Maschinen im weiteren Sinne, dazugehörige Produkte und unvollständige Maschinen hinzu. Während sich der grundlegende Anwendungsbereich der MR damit kaum verändert hat, werden digitale Aspekte, insbesondere der Einsatz von Software, nunmehr stärker reguliert. Zudem können Produktinformationen, wie Betriebsanleitungen, künftig digital bereitgestellt werden – allerdings unter Berücksichtigung der Fähigkeiten der Nutzer. Ein weiteres Novum ist, dass nicht nur klassische Hersteller, sondern auch Betreiber oder Nutzer, die Maschinenprodukte wesentlich verändern, als Hersteller gelten können. Maschinenprodukte können zudem in den Geltungsbereich weiterer Produktsicherheitsregelungen fallen, was zu einem komplexen Regelungsgefüge mit horizontalen und vertikalen Vorgaben führt. Besonders für landwirtschaftliche Kraftfahrzeuge gelten spezifische Regelungen: Während landwirtschaftliche Straßenfahrzeuge wie Traktoren und Anhänger dem EU-Typgenehmigungsrecht unterliegen und von der MR inklusive aller Komponenten ausgenommen sind, fallen smarte Landmaschinen ohne Straßenverkehrsbezug – darunter anhebbare Anbaugeräte, selbstfahrende Arbeitsmaschinen und Feldroboter – unter die neuen Vorschriften der MR, sofern sie einer Definition der Maschinenprodukte unterfallen. Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der Überschneidung der MR mit der KIVO, insbesondere im Bereich des maschinellen Lernens. So verwendet die MR nicht den Begriff „künstliche Intelligenz“, sondern setzt auf Autonomie und selbstentwickeltes Verhalten durch maschinelles Lernen. Aufgrund des Umstandes, dass beide Begriffe jedoch sehr weit gewählt wurden, im Grundsatz aber auf denselben Merkmalen aufbauen, ist dennoch nicht mit Wertungswidersprüchen zu rechnen. In der Praxis wird eine selbstlernende Maschine iSd. der MR daher auch unter den Begriff der KI iSd. der KIVO fallen. Denn nur wenn dieses Begriffsverständnis zu Grunde gelegt wird, können die verzahnenden Regelungen der KI-VO mit der MR, in concreto die Anforderungen der KIVO zur Einstufung von Hochrisiko-KI-Systemen im Kontext von weiteren Produktsicherheitsnormen und spezifischen Konformitätsbewertungen ihre anvisierte Wirkung entfalten. Denn mit diesem Begriffsverständnis gilt: Sobald ein Maschinenprodukt sicherheitskritische Funktionen durch eine KI erfüllen lässt, wird es als Hochrisiko-KI-System iSd. KI-VO eingestuft und unterliegt den dortigen strengen Vorgaben an die Produktsicherheit. Insgesamt bleibt für die Praxis zu hoffen, dass das feine Zusammenspiel der beiden Verordnungen noch weiter austariert wird. Hier werden die europäischen Normungsorganisationen eine erhebliche Rolle spielen, die bereits den Auftrag durch die EU-Kommission erteilt bekommen haben, konkrete technische Anforderungen in sog. harmonisierten Normen niederzulegen. Für smarte Landmaschinen werden insbesondere die Anforderungen der MR zu maschinellem Lernen und autonomen mobilen Maschinen in der Praxis eine wesentliche Rolle spielen. Hersteller müssen Gefahren auch unabhängig von der KI-VO durch selbstlernendes Verhalten von Maschinen sowie durch (teilweise) autonome Mobilität berücksichtigen. Die MR enthält dazu verschiedene spezifische Anforderungen an die Sicherheit dieser Produkte, wie etwa an Mensch-Maschine-Schnittstellen. Insbesondere die Kollisionsvermeidung ist ein zentrales Thema: Für autonome mobile Landmaschinen besteht die Möglichkeit, deren Kollisionsgefahren entweder durch Schutzeinrichtungen am Arbeitsbereich (physisch, zB. durch Zäune oder sensorbasiert, zB. mithilfe von Lichtschranken) oder durch Systeme zur Hindernisdetektion (zB. mit Kameras und Software) aufzulösen. In der Landwirtschaft wird sich erwartungsgemäß die Hindernisdetektion als Schlüsseltechnologie durchsetzen, da sie flexibler und skalierbarer ist als statische Absicherungen des Arbeitsbereichs. Das Projekt GESAL legt hier einen Schwerpunkt. Schließlich finden auch die Regelungen der MR zur Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln besondere Beachtung, da sie weitere Anforderungen für den praktischen Einsatz dieser Landmaschinen formulieren
Michelangelo Buonarroti's design and realization of the Libreria di San Lorenzo in Florence between 1524 and 1534: Analysis of the Pietra-Serena-Architecture based on new building surveys
No full textZwischen 1524 und 1534 erstellte Michelangelo Entwürfe für die Libreria di San Lorenzo und war in leitender Funktion unmittelbar für ihre Realisierung verantwortlich. Die bauhistorische Untersuchung ist der in Pietra Serenaausgeführten Werkstein-Gliederungsarchitektur gewidmet und arbeitet heraus, inwiefern sich im Entstehungsprozess Entwurf, Herstellung und bautechnische Umsetzung gegenseitig beeinflussten. Auf dieser Grundlage wird ein tieferes Verständnis des architektonischen Wirkens Michelangelo Buonarrotis im Kontext der Florentiner Bautradition erreicht. Michelangelos Schöpfungsanteil an der Libreria kann präziser bestimmt und argumentativ untermauert werden. Die späteren Bauabschnitte zwischen 1534 und 1571 lassen sich ebenso wie die vor der Vollendung ab 1904 hinzugefügten Teile identifizieren. Die Untersuchung behandelt drei größere Komplexe: Erstens die Rekonstruktion der Entwurfsgeschichte, um die unter Michelangelo entstandenen Teil des Baus und gegebenenfalls seine spezifische „Handschrift“ herauszuarbeiten. Zweitens die für Michelangelo charakteristischen Entwurfsprinzipien der Pietra-Serena-Gliederungsarchitektur, die mit denen anderer zeitgenössischer Baumeister und ihren Arbeiten verglichen wird. Drittens die sich aus den ersten beiden Komplexen ergebenden Fragen nach der bautechnischen Umsetzung. Lässt eine vollständige und exakte (maß-fundierte) Aufnahme des Baubestands neue Rückschlüsse auf die Baukonstruktion und -technik zu? Zu diesem Zweck werden Michelangelos konstruktive Lösungen bei der Libreria anderen zeitgenössischen Bauten gegenübergestellt. Die vorhandenen Bauaufnahmen zeigen die Gliederungselemente nur schematisch vereinfacht, teilweise gar verfälscht. Um die verschiedenen Fragenkomplexe zu bearbeiten liegt der Dissertation ein interdisziplinärer Methoden-Mix zugrunde, der verschiedene bauforscherische Aufnahmeverfahren systematisch mit architektur- und kunsthistorischen Ansätzen kombiniert. Grundsätzlich lassen sich vier methodische Zugänge der Arbeit unterscheiden. Erstens werden die Bauaufnahmen mit verschiedenen Verfahren (Handaufmaß, Lasertachymetrie, terrestrisches Laserscanning, photogrammetrischen Aufnahmen) durchgeführt und zweidimensionale Planzeichnungen angefertigt, um die realisierten Gliederungselemente und etwaige Abweichungen detailliert nachweisen zu können. In einer ergänzenden Befunduntersuchung werden bauliche Befunde kartiert und in einer Dokumentation zusammengeführt, d.h. die Befunde werden mit Fotografien, Texten und Detailzeichnungen beschrieben und neu interpretiert. Zweitens fließen zeitgenössische Schriftquellen ein, insbesondere Briefe und Aufzeichnungen Michelangelos. Drittens wird das bekannte Planmaterial und sämtliche vorhandene Bildquellen zur Libreria zusammengetragen, revidiert, in der Gesamtschau umfassend analysiert und interpretiert. Durch das vollständige Konvolut dieser Quellen können verschiedene Bauzustände exakter identifiziert und der Entstehungsprozess chronologisch rekonstruiert werden. Viertens werden die Zeichnungen Michelangelos speziell auf den zeichnerisch-entwurflichen Entwicklungsprozess hin untersucht. Eine methodische Klammer der Arbeit bildet zudem ihre komparative Anlage. Ergebnisse der eigenen Bauaufnahmen und Befunduntersuchungen wie auch von Analysen der Zeichnungen, Entwürfe und Pläne Michelangelos werden systematisch mit den Arbeiten seiner Zeitgenossen und anderen Bauten der Periode und Region verglichen. Dies ermöglichte Rückschlüsse, inwiefern es sich bei den untersuchten Elementen der Pietra-Serena-Gliederungsarchitektur der Libreria um genuine Neuschöpfungen Michelangelos oder um Adaptionen bzw. Variationen der Florentiner Bautradition handelt. Die Arbeit bringt in Bezug auf die drei zentralen Fragenkomplexe verschiedene Ergebnisse hervor, die den bisherigen Forschungsstand bereichern, präzisieren und in spezifischen Punkten korrigieren. Die Rekonstruktion der Entwurfs- und Realisierungsgeschichte weist nach, welche Teile des Baus mit Sicherheit Michelangelo zugewiesen werden können. Im Ricetto war Michelangelos Realisierung der versetzten Pietra-Serena-Gliederung bis zum Kranzgesims des Hauptgeschosses gediehen. Für die Brüstungsfelder (soglie) waren wenige Steine vorbereitet. Die Pfostenprofile waren nur skizziert. Die Gliederung des Lesesaals war – bis auf die Baustellenöffnungen in der West- und Südwand – vollständig ausgeführt. Darüber hinaus wird nachvollzogen und belegt, welche Teile der Libreria nach Michelangelos Abreise – zunächst von den Mitgliedern seiner Werkstatt (unter Tribolo und Bartolomeo Ammannati), anschließend von Vasari ausgeführt wurden. Anhand der steingenauen Einzelbeobachtungen, ergänzt und gestützt durch die umfassende Quellenanalyse, kann anhand substanzieller maßlicher Differenzen nachgewiesen werden, dass die Obergeschossgliederung zweifelsfrei anderen Autoren zuzuweisen ist und damit auf die Periode zwischen 1534 und 1571 datiert werden kann. Vasari, der sich der Fertigstellung des Baus ab 1555 widmete, scheint unter den genannten der wahrscheinlichste Kandidat. Die detaillierte Befunddokumentation zeigt, dass bei der realisierten Werksteinarchitektur der Libreria spezifische Konstruktionsprinzipien nachzuweisen sind, die eine „Handschrift“ Michelangelos erkennen lassen. Sie weicht von der zeitgenössischen Florentiner Bautradition ab und wird in ihrer Komplexität von Michelangelos Nachfolgern nicht wieder erreicht. Aufwendige dreidimensionale Fügepunkte an Bauteilen der Pietra-Serena-Gliederungsarchitektur belegen Michelangelos Einfluss als Bildhauer und Steinmetz auf die tatsächliche Ausführung. Auch hier erweist sich die Kombination verschiedener methodischer Ansätze als fruchtbar, da die Ergebnisse durch historische Quellen zu Steinlieferungen untermauert werden können. Zweitens werden Michelangelos Entwurfsprinzipien erstmals auch maßlich verifiziert. Für einzelne architektonische Gliederungselemente der Libreria wurde die Grundrisskonfiguration seiner Architektur auf ihre Entwurfseinheiten – Wandblock und Säulenpaar – zurückgeführt. Die Bauaufnahmen dieser Arbeit bedeuten im Vergleich zur existierenden Literatur nicht nur eine reine quantitative Präzisierung und Korrektur in verschiedenen Details. Proportionen einzelner Gliederungselemente wie auch die maßlichen Verhältnisse dieser Elemente zueinander können im Riss der Gesamtanlage konsistent in Relationen historischer Maßeinheiten beschrieben werden. Damit erbringt die vorliegende Arbeit erstmals einen nachvollziehbaren quantitativen Beleg für Michelangelos Entwurfsprinzipien. Drittens ermöglichen die Ergebnisse wie beabsichtigt vertiefte Einblicke in das Baustellenggeschehen im 16. Jahrhundert. So konnten nicht nur spezifische Arbeitsprozesse detailliert nachvollzogen und einzelne Arbeitsleistungen detektiert, teilweise individuell zugeschrieben, werden. Für ausgewählte Gestaltungselemente lässt sich der Realisierungsprozess von ersten Skizzen bis zur bautechnischen Umsetzung nachvollziehen. Die für Michelangelo charakteristische komplexe Steinfügung ermöglicht exemplarisch Antworten auf die übergeordnete Grundfrage der Arbeit, inwiefern Entwurf und bautechnische Realisierung ineinandergreifen. Hier wird auch Michelangelos Rolle als versierter Inventor deutlich, der verschiedene Stadien des Entwurfs- und Realisierungsprozesses kreativ beeinflusst, um seine ästhetischen Vorstellungen vom Entwurf in praktisch realisierbare und schließlich tatsächlich gebaute Architektur zu übersetzen. Anhand ausgewählter Beispiele wird in der Arbeit illustriert, inwiefern solche Beispiele auf spätere Arbeiten Michelangelos und seine Zeitgenossen ausstrahlten. Grundsätzlich lässt sich aus den vorliegenden Ergebnissen der Dissertation die allgemeine Einschätzung und Schlussfolgerung ableiten, dass sich der verfolgte methodische Ansatz, moderne bautechnische Erhebungsmethoden systematisch mit gängigen architektur- und kunsthistorischen Techniken einer umfassenden Quellen- und Literaturanalyse zu verknüpfen, als äußerst fruchtbar erweist. Die ganzheitliche Prozessanalyse vom Entwurfs- bis hin zu verschiedenen Realisierungsstadien weist enormes Potenzial auf. In einer weiter ausgearbeiteten und verfeinerten Form eröffnet dieser Zugang neue Perspektiven auf zahlreiche offene Fragen der Architekturgeschichte. Damit ist eines der Schlüsselwerke der Spätrenaissance in Italien insbesondere in seinem Entstehungsprozess besser verständlich. Als exemplarisches Werk Michelangelos gibt die Biblioteca Laurenziana nun außerdem neue Einblicke in dessen Arbeitsweise.Between 1524 and 1534 Michelangelo designed the Libreria di San Lorenzo and was personally responsible for its construction. The study of this building’s history focuses on the ashlar architecture executed in Pietra Serena and explores how design, production, and structural realisation influenced each other in the building process. This provides a deeper understanding of Michelangelo Buonarroti's architectural work in the context of the Florentine architectural tradition. Michelangelo's creative contribution to the Libreria can be more precisely defined and elaborated on the later phases of construction, between 1534 and 1571, can be identified, as can the parts added before its completion in 1904. The study focuses on three main themes: Firstly, the reconstruction of the history of the designs to identify the part of the building created under Michelangelo and, where applicable, his specific 'signature'. Secondly, Michelangelo's characteristic design principles for the structural architecture of the Pietra Serena, are compared with those of other contemporary architects and their works. Thirdly, the questions arising from the first two topics concerning the construction of the building. Does a complete and accurate survey (i.e., founded on measurements) of the existing building allow new conclusions to be drawn on its construction and technique? For this purpose, Michelangelo’s constructive solutions for the Libreria are compared with those of other contemporary buildings. The existing documentation shows the architectural elements only in a schematically simplified, sometimes even distorted form. Based on an interdisciplinary mix of methods the dissertation systematically combines various building survey methods with architectural and art historical approaches to answer the previously posed questions. Four methodological approaches can be distinguished in the dissertation. Firstly, the building is surveyed using multiple techniques (hand measurement, laser tachymetry, terrestrial laser scanning, photogrammetric surveys) and two-dimensional plan drawings are produced to provide detailed evidence of the architectural elements realized, as well as illustrating deviances from Michelangelo's design. In an additional study of the findings, the architectural features are mapped and summarised in a documentation, i.e. the findings are described and reinterpreted with photographs, texts, and detailed drawings. Secondly, contemporary written sources, particularly Michelangelo's letters and notes, are included. Thirdly, the known plans and all existing pictorial sources relating to the Libreria are compiled, revised, comprehensively analysed, and interpreted. A complete set of these sources allows for a more precise identification of the various stages of construction. Furthermore, the chronology of the building process can be reconstructed. Fourthly, Michelangelo's drawings are analysed with a special focus on the drawing and design process. Additionally, the comparative approach provides a methodological framework for the research. The results of the author's building surveys and investigations of findings as well as the analyses of Michelangelo's drawings, designs and plans are systematically compared with the works of his contemporaries and other buildings of the period and region. This allows conclusions to be drawn as to the extent to which the analysed elements of the Pietra-Serena-Architecture of the Libreria are genuinely new creations by Michelangelo or adaptations or variations of Florentine architectural tradition. With regard to the three central themes, the work produces various results that enrich and clarify the current state of research and correct specific points. The reconstruction of the design and construction process shows which parts of the building can be attributed to Michelangelo with certainty. In the Ricetto, Michelangelo's realisation of the Pietra Serenaconstruction had progressed as far as the cornice of the main floor. Only a few stones had been prepared for the parapet panels (soglie). Whereas the jambs had only been sketched, the structure of the Reading Room was complete, except for the site openings in the west and south walls. In addition, the parts of the Libreria that were completed after Michelangelo's departure are traced and documented. After his departure, the work was first continued by members of his workshop (under Tribolo and Bartolomeo Ammannati) and then by Vasari. Detailed observations of the stonework are supplemented and supported by an in-depth analysis of the sources. Thus, allowing the conclusion, based on significant dimensional differences, that the upper structure is undoubtedly the work of other authors. Therefore, it can be dated between 1534 and 1571. Vasari, who began work on the building in 1555, appears to be the most likely candidate. The detailed documentation of the findings shows that the stone architecture of the Libreria has specific construction principles revealing Michelangelo's "signature style". Deviating from the contemporary Florentine building tradition it achieves a level of complexity never accomplished by Michelangelo's successors. Elaborate three-dimensional joints on components of the Pietra Serena architectural structure demonstrate Michelangelo's influence as a sculptor and stonemason on the Libreria's final execution. The combination of different methodological approaches proves fruitful again, as the results can be corroborated by historical sources on stone deliveries. Secondly,[AW-K1] it is the first time that Michelangelo's design principles have been verified in terms of their dimensions. For individual architectural elements of the Libreria, the floor plan configuration of his architecture was traced back to its design units: wall blocks and column pairs. In contrast to the existing literature, the building documentation in this investigation is more than a purely quantitative specification and correction of various details. Moreover, the proportions of individual structural elements, as well as the dimensional relationships of these elements to each other, can be consistently described in the outline of the entire complex concerning historical measurement units. This work thus provides the first comprehensible quantitative evidence of Michelangelo's design principles. Thirdly, the results provide detailed insight into building site activities in the 16th century. Not only could certain work processes be traced in detail, but also individual contributions, some of which could be attributed to specific personalities. For a selection of design elements, the process of realisation can be traced from the first design sketches to the construction of the building. Michelangelo's characteristically complex stonework provides exemplary answers to the overarching fundamental question of the dissertation, namely the extent to which design and structural realisation are intertwined. Michelangelo's role as an ingenious inventor, who creatively influenced various stages of the design and realisation process in order to translate his aesthetic ideas from the design into a practically feasible and ultimately actually built architecture, is also revealed here. Using selected examples, the dissertation illustrates the extent to which such examples influenced later works by Michelangelo and his contemporaries. The general assessment and conclusion that can be drawn from the results of this dissertation is that the methodological approach of systematically combining modern building survey methods with established architectural and art historical deductions of comprehensive source and literature analysis proves to be extremely fruitful. The holistic process analysis from design to the various stages of realisation shows enormous potential. In a further elaborated and refined form, this approach opens up new perspectives on numerous open questions in the history of architecture. Finally, the understanding of one of the key works of the late Renaissance in Italy, particularly about the process of its realisation, is facilitated. As an exemplary work, the Biblioteca Laurenziana now provides new insights into Michelangelo’s working methods
Fahrzeugheckklappe
Full text linkDie Trends der Automobilbranche „Elektrifizierung“, „Digitalisierung“ und „Automatisierung“ führen zu einer Zunahme an Funktionen in Mobilitätssystemen und damit zu einer erhöhten Forderung nach neuartigen Konstruktionsprinzipien sowie Fertigungskonzepten. Diese sollen eine wirtschaftliche Funktionsintegration (z. B. in Karosseriestrukturen) ermöglichen und gleichzeitig dem Anstieg des Gewichts sowie des Werkzeug- und Anlageninvests entgegenwirken. In diesem Kontext bieten die verschiedenen Hybridbauweisen neue Möglichkeiten auf und erlauben die Integration der Funktionen auf den verschiedensten Systemebenen: im (textilen) Halbzeug, im Einleger, in der Baugruppe. Bei der Umsetzung der hybriden Bauweisen kann dabei im Allgemeinen auf einen bereits existierenden Erfahrungsschatz zurückgegriffen werden. Diese hatten bislang allerdings nicht die gezielte, systematische Umsetzung der Funktionsintegration in serientauglichen hybriden Strukturen im Fokus, wenngleich diese vereinzelt im wissenschaftlichen Kontext beschrieben und diskutiert werden. Daher ist es Ziel im Forschungsvorhaben „TechnoHyb“, die Potenziale der Hybridbauweise in Bezug auf die großserientaugliche Herstellung von funktionsintegrierten Karosseriestrukturen anhand von Funktionsmustern und anschließend mithilfe von Demonstratoren zu untersuchen. In diesem Kontext werden die unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien der Funktionsintegration analysiert und ausgewählte Lösungen konstruktiv umgesetzt. Anschließend werden die hierzu notwendigen Prozess- sowie Werkzeugtechnologien erarbeitet und ausgewählte Ansätze anhand von Probekörpern validiert. Darüber hinaus wurden grundlegende Arten der Funktionsintegration untersucht und in Form von methodischen Hilfsmitteln bereitgestellt (vgl. Kapitel 7)
Temperature and cultivation influences on the mechanical properties of Saccharomyces cerevisiae
Full text linkIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften der Hefe Saccharomyces cerevisiae anhand von Mikrokompressionsexperimenten an einzelnen Zellen untersucht. Dadurch konnten Einblicke in das Verformungsverhalten und die strukturelle Integrität gewonnen werden. Aus den ermittelten Kraft-Weg-Daten wurden mikromechanische Kennwerte wie die Berstkraft teilweise direkt abgeleitet. Zusätzlich wurde ein Modell zur Beschreibung des Verformungsverhaltens entwickelt, um intrinsische Kennwerte wie die Zugfestigkeit und das Elastizitätsmodul der Zellwand zu ermitteln. Die Untersuchungen zum Einfluss von Kultivierungsparametern auf die mechanischen Eigenschaften der Zellen haben ergeben, dass langsames Wachstum zu robusteren Zellen führt. Als mögliche Erklärung für diese Beobachtung werden die Selbstordnungseffekte bei der Bildung der Zellwand gesehen. Die Temperatur während der Belastung zeigt nur einen geringen Einfluss auf das Elastizitätsmodul der Zellwand. Jedoch nimmt die Zugfestigkeit der Zellwand mit erhöhten Temperaturen ab 40 °C ab. Als mögliche Erklärung wurde ein Modell entwickelt, das das charakteristisch veränderte Verformungsverhalten bei erhöhten Temperaturen erklären kann und eine mögliche Erklärung für die abnehmende Zugfestigkeit bietet. Die ermittelten Kennzahlen sowie das durch das Modell charakterisierte Verformungsverhalten können zukünftig zur Modellierung von biotechnologischen Prozessen, beispielsweise dem mechanischen Zellaufschluss, herangezogen werden. Auf diese Weise wird das Verständnis dieser Prozesse vertieft und deren Intensivierung vorangebracht.In this study, the mechanical properties of the yeast Saccharomyces cerevisiae were analysed using microcompression experiments on individual cells. This allowed insights into the deformation behaviour and structural integrity to be gained. Micromechanical parameters such as the bursting force were derived directly from the force-displacement data obtained. In addition, a model was developed to describe the deformation behaviour in order to determine intrinsic characteristic values such as the tensile strength and the young's modulus of the cell wall. Investigations into the influence of cultivation parameters on the mechanical properties of the cells have shown that slow growth leads to more robust cells. The self-organisation effects during the formation of the cell wall were cited as a possible explanation for this observation. The temperature during loading has only a minor influence on the modulus of elasticity of the cell wall. However, the tensile strength of the cell wall decreases with increased temperatures above 40 °C. As a possible explanation, a model was developed that can explain the characteristically changed deformation behaviour at elevated temperatures and offers a possible explanation for the decreasing tensile strength. The characteristic values determined and the deformation behaviour characterised by the model can be used in future to model biotechnological processes, such as mechanical cell disruption. This will deepen our understanding of these processes and promote their intensification
Ein Potpourri strukturierter Krylov-Unterraum-Methoden: Approximierte exponentielle Integratoren, symplektische Modellreduktion für hamiltonische Systeme, Krylov-Lagrangesche Unterräume schief-hamiltonscher Matrizen
Full text linkThis dissertation investigates structure-preserving Krylov subspace methods for the numerical integration and model reduction of large-scale Hamiltonian systems. Mathematical structures such as symplecticity, invariants, and conservation laws are fundamental for the accurate description of the qualitative behavior of dynamical systems. The first part of this work is devoted to the development and analysis of approximated exponential integrators that preserve the Hamiltonian structure. Various Krylov subspace methods for approximation are compared, and a short-recursion, structure-preserving variant is derived. These approximated integrators are subsequently applied within projection-based model reduction, where a new symplectic reduction method is proposed and successfully demonstrated on linear as well as nonlinear benchmark problems. Furthermore, challenges in the hyperreduction of nonlinear Hamiltonian systems are examined, revealing inherent structural limitations of existing approaches. The second part of this work deals with isotropic and Lagrangian subspaces that arise as Krylov subspaces of skew-Hamiltonian matrices. Within this framework, matrices with minimal Frobenius and 2-norms are characterized, and a constructive procedure for generating matrices with prescribed eigenvalues is presented.Diese Dissertation untersucht strukturerhaltende Krylovunterraumverfahren zur numerischen Integration und Modellreduktion großskaliger hamiltonischer Systeme. Mathematische Strukturen, wie Symplektizität, Invarianten und Erhaltungssätze, sind grundlegend für die präzise Beschreibung des qualitativen Verhaltens dynamischer Systeme. Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Entwicklung und Analyse approximierter exponentieller Integratoren, die die hamiltonische Struktur bewahren. Verschiedene Krylovunterraumverfahren zur Approximation werden miteinander verglichen, und eine kurzrekursive, strukturerhaltende Variante wird hergeleitet. Diese approximierten Integratoren werden anschließend im Rahmen projektionsbasierter Modellreduktion eingesetzt, wobei eine neue symplektische Reduktionsmethode vorgeschlagen und anhand linearer sowie nichtlinearer Testprobleme erfolgreich demonstriert wird. Darüber hinaus werden Herausforderungen der Hyperreduktion nichtlinearer hamiltonischer Systeme untersucht, wodurch inhärente strukturelle Grenzen bestehender Ansätze aufgezeigt werden. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit isotropen und Lagrangeschen Unterräumen, die als Krylovunterräume schief-hamiltonscher Matrizen entstehen. In diesem Rahmen werden Matrizen mit minimaler Frobenius- und 2-Norm charakterisiert und ein konstruktives Verfahren zur Erzeugung von Matrizen mit vorgegebenen Eigenwerten vorgestellt