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Die ´Atomisierung` der KPD zwischen 1923-1927 am Beispiel des KPD-Bezirks Ruhrgebiet
No full text„Die ´Atomisierung` der KPD zwischen 1923 – 1927 am Beispiel des KPD-Bezirks Ruhrgebiet“ gelangt zu mehreren neuen Erkenntnissen für die Geschichtswissenschaft im Allgemeinen und für die Historische
Kommunismusforschung im Besonderen:
· Sie erkennt die ´Atomisierung` der Mitgliedschaft der KPD in kleine und kleinste Betriebszellen als
qualitative Veränderung der Organisationsstruktur der KPD – ein Problem, das die Historische
Kommunismusforschung bisher nicht untersucht hat – die die KPD zwischen 1925-1927 in eine nur noch
schwer zu reformierende Partei verwandelte.
· Sie weist nach, dass die aus der SPD stammende Gruppe Der Kampf im Ruhrgebiet ein
eigenständiger Gründungsbestandteil der KPD war – was bisher von der Historischen
Kommunismusforschung übersehen worden ist.
· Sie belegt die Bildung einer linkskommunistischen Opposition im Ruhrgebiet gegen die moderate
KPD-Führung um Paul Levi, dreiviertel Jahr bevor sich in Berlin die linke Opposition um Ruth Fischer
und Arkadi Maslow bildete.
· Sie rückt die Bedeutung der Union der Hand- und Kopfarbeiter im Ruhrgebiet ins Rampenlicht – die
von der Historischen Kommunismusforschung bisher nicht eingehend untersucht wurde – was die übliche
Beurteilung der Gewerkschaftspolitik der KPD durch die Historische Kommunismusforschung in Frage
stellt.
· Sie weist an Hand der KPD des Ruhrgebiets nach, dass zu den linkskommunistischen
Oppositionsgruppen die Fraktion der Chemnitzer Linken gezählt werden muss, die keineswegs wie andere
linke Fraktionen bis 1928/1929 ausgeschaltet worden ist, sondern zu einem Kernbestandteil der
„ultralinken“ KPD der Spätphase der Weimarer Republik wurde – was der Sicht auf die Fraktionen der
KPD durch die Mehrheit der Historischen Kommunismusforschung und damit der Theorie der sog.
Stalinisierung widerspricht.
· Sie entdeckt die kleine radikal linke Fraktion Linker Flügel der KPD / Linke Arbeiteropposition in
der KPD Ruhrgebiet – die der Historischen Kommunismusforschung bisher unbekannt war.
· Sie belegt die Fortexistenz der Gruppe Kommunistische Politik bis 1930, während die Historische
Kommunismusforschung von ihrer Auflösung Ende 1927 ausgeht.
· Sie findet Indizien für die Fortexistenz der Weddinger Linken in Bielefeld bis 1936 – während die
Historische Kommunismusforschung diese Gruppe mit dem Jahr 1930 als aufgelöst ansieht.
· Nicht zuletzt werden historische Persönlichkeiten der Arbeiterbewegung, die zumindest für die
lokale Geschichte z. B. in Duisburg (Carl Minster, Rosi Wolfstein), Essen (Arthur Hammer), Dortmund
(Christoph Wünnenberg u. a.), Bocholt (Josef Schmitz), Buer (Felix Szymczak und Josef Restetzki),
Wattenscheid (Johann Triebeck) und Ickern (Hans Körbs) Bedeutung gehabt haben, ebenso vor dem
Vergessen bewahrt werden wie die große rätedemokratische Bergarbeitergewerkschaft Union der Handund
Kopfarbeiter und die Opposition der Arbeiterbewegung im Ruhrgebiet gegen den Ersten Weltkrieg.
Oberhausen, den 02.06.2017
Peter BerensErkennt die ´Atomisierung` der Mitgliedschaft der KPD in kleine und kleinste Betriebszellen als qualitative Veränderung der Organisationsstruktur der KPD, die die Kommunistische Partei Deutschlands zwischen 1925 -1927 in eine nur noch schwer zu reformierende Partei verwandelte
Application of High Impedance Surfaces to Improve Radiofrequency Coil Performance for 7-Tesla Magnetic Resonance Imaging
No full textIn modern medicine Magnetic Resonance Imaging (MRI) has been widely used for the detection of diseases, like brain tumor, breast cancer or heart disease, to name a few. In order to improve the image quality, the concept of high-field and ultra-high-field imaging has been intensively investigated over the last three decades. However, associated with the increased magnetic field strength various problems and challenges occur. The inhomogeneous B1-field distribution and decreased penetration depth into the subject to be imaged are two critical issues.
The concept of High Impedance Surface (HIS) has been successfully applied in a number of antenna applications. The most relevant achievements are an improved radiation efficiency especially for low profile antennas and a decreased mutual coupling between adjacent antennas or antenna ports. In this thesis, an approach to improve the B1 distribution of radiofrequency (RF) coils in terms of homogeneity and penetration depth by utilizing a HIS shield is presented.
First, fundamental investigations are carried out to verify the concept of using a shield with large surface impedance, which is modeled here by a Surface Impedance Boundary Condition (SIBC), to enhance the B1 distribution of RF coils. Different SIBCs are considered and their effects on the electromagnetic (EM) field of RF coils are studied. Next, the shield with a large surface impedance is realized by a periodic HIS structure, where two approaches (multi-layer uni-planar and mushroom-like topologies) are introduced in the lattice design of the HIS structure. The proposed HIS structures are evaluated via their reflection phase and dispersion diagram, which are based on unit cell simulation; as well as the bandgap property based on transmission line (TL) models. Then, the realized HIS shield based on the uni-planar topology is applied to the RF coils, and the concept of using HIS shield to improve the B1 distribution is confirmed through full-wave simulations and experimental results. Additionally, we consider another important parameter for a multi-channel dipole coil array consisting of several array elements—the coupling characteristic of the coil array, especially between the neighboring elements (the worst case scenario). The last chapter provides a brief summary and discussion, as well as an outlook of the future work
Untersuchungen zur Inhibierung der Gashydratbildung in Rohrleitungen und Armaturen durch Nutzung oberflächenaktiver Materialien
No full textClathrate hydrates of natural gases, also called gas hydrates, have gained in importance over the last decades, mainly because of their potential as energetic resource. But hydrates are not only beneficial as energetic resource or in gas storage, they also cause problems in oil and gas industry: during the transport of gases in pipelines, unwanted hydrates can form, which can reduce flow rates and even lead to blockage of the whole pipeline. This phenomenon is called plugging and its prevention, the so-called inhibition, occupies scientists and engineers since the 1930s. Today, plugging can be prevented physically and by means of chemicals, but only at high cost and with high environmental impact, since e. g. the chemicals have to be dosed in the pipeline permanently and separated again after transport.
In this work, steps have been taken to investigate new hydrophobic and hydrophilic inhibitor candidates under pipeline-like conditions.
Goal of the investigations was the development of a functional inhibitive coating that shall be applied in pipelines permanently and thus inhibit hydrate formation without the above-mentioned disadvantages.
Numerous substances were investigated regarding their inhibition potential in different reaction systems with methods developed in-house, inhibitor candidates were custom-tailored and investigated, hydrate formation kinetics were analyzed using different mathematical models.
Finally, the proof of concept for fixating an inhibitor candidate on a model substrate surface has been established successfully.Clathrate natürlicher Gase, auch “Gashydrate” genannt, haben in den letzten Jahrzehnten stark an Bedeutung gewonnen, hauptsächlich wegen ihres Potentials als Energieressource. Aber Hydrate haben nicht nur Potential als Energielieferant oder für die Gasspeicherung, sie verursachen auch große Probleme in der Öl- und Gasindustrie: während des Transports von Gasen in Pipelines kann es zu einer unerwünschten Hydratbildung kommen, die die Durchflussraten verringern und sogar zur Blockade der gesamten Pipeline führen kann. Dieses Phänomen wird als plugging bezeichnet und die Verhinderung der Plugbildung, die sogenannte Inhibierung, beschäftigt Wissenschaftler und Ingenieure seit den 1930er Jahren.
Heutzutage kann plugging sowohl mit physikalischen, als auch mit chemischen Methoden verhindert werden, aber nur unter hohen Kosten und starker Umweltbelastung, da bspw. inhibierende Chemikalien der Pipeline permanent zugesetzt und nach dem Transport wieder abgetrennt werden müssen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Schritte zur Untersuchung neuer hydrophober und hydrophiler Inhibitor-“Kandidaten” unter pipeline-ähnlichen Bedingungen unternommen.
Ziel der Untersuchungen war die Entwicklung einer funktionellen inhibierenden Beschichtung, die permanent in einer Pipeline fixiert werden und so die Hydratbildung ohne die o. g. Nachteile verhindern soll.
Zahlreiche Substanzen wurden in verschiedenen Reaktorsystemen mit eigens entwickelten Methoden in Hinblick auf ihr Inhibierungspotential untersucht; Inhibitorkandidaten wurden hergestellt und untersucht, Betrachtungen der Hydratbildungskinetik wurden mittels verschiedener mathematischer Modelle durchgeführt.
Schlussendlich wurde der Beweis erbracht, dass es möglich ist, einen Inhibitorkandidaten erfolgreich auf einem Modellsubstrat zu fixieren
Anregung, Propagation, Interferenz, Photoemission: Oberflächenplasmonpolaritonen in zeitaufgelöster Photoelektronenemissionsmikroskopie unter senkrechtem Lichteinfall
No full textDie vorliegende Arbeit beinhaltet Untersuchungen von Oberflächenplasmonpolaritonen. Dabei
handelt es sich um quantisierte Oszillationen der Elektronendichte an Metalloberflächen, die
sich in Form elektromagnetischer Wellen entlang der Oberflächen fortbewegen. Zur Beobachtung
dieserWellen wird die Methode der zeitaufgelösten Photoemissionselektronenmikroskopie
in senkrechter Lichteinfallsgeometrie verwendet. Mit Hilfe ultra-kurzer Laserpulse, die senkrecht
zur Oberfläche einfallen, werden Oberflächenplasmonen zuerst an Gittern alsWellenpakete
angeregt. Ihr Zustand, wie zum Beispiel ihre Schwerpunktsposition oder ihre Intensitätsverteilung,
wird von absichtlich zeitverzögert ankommenden Laserpulsen abgefragt. Durch die Überlagerung
der elektrischen Felder der Laserpulse und der Plasmonenpakete kommt es zur nichtlinearen
Photoemission von Elektronen aus dem Metall. Diese Elektronen werden vom elektromagnetischen
Linsensystem eines Elektronenmikroskops auf eine Vielkanalplatte gelenkt.
Die Anregung von SPPs an Gittern in Abhängigkeit der Polarisation der anregenden Laserpulse
und der Anzahl der Gitterstriche wird untersucht und dabei werden die Polarisationsabhängigkeit
der abfragenden Laserpulse für den Photoemissionskontrast der SPP-Pakete und die Verbreiterung
des SPP-Signals im PEEM durch die Abfrage behandelt. Es wird gezeigt, dass die
longitudinale Komponente des elektrischen Feldes der Plasmonen maßgeblich für den Photoelektronenkontrast
verantwortlich ist. Bei der Beobachtung der Propagation von Oberflächenplasmonpolaritonen
werden Gruppen- und Phasengeschwindigkeiten bestimmt, derenWerte nahe
der Lichtgeschwindigkeit liegen. Auch kann die Bildung einer transienten, stehenden Welle
zwischen entgegengesetzt propagierenden Plasmonenpaketen, sowie die Interferenz orthogonaler
Plasmonen beobachtet werden. Ein weiteres Experiment zeigt eine “plasmonische Strahlteilung”
und eine Reflexion von SPPs um 90 in der Ebene.
Mittels speziell strukturierter Gitter, zum Beispiel in Form von Halb- und Vollkreisen, werden
Oberflächenplasmonen fokussiert und erreichen dabei bis zu dem Vierfachen ihrer Feldstärken.
Dadurch können Elektronen ohne Anwesenheit eines externen elektrischen Feldes genügend
Energiequanten aus dem plasmonischen Feld aufnehmen, um die Energiebarriere zum Vakuum
zu überwinden. In den Spektren der sogenannten “plasmo-emittierten” Elektronen findet man
Emissionsplateaus deren Abstand Vielfache der gequantelten Plasmonenenergie entsprechen,
konkret dem Drei-, Vier- und Fünffachen.
Des Weiteren werden sogenannte kurzreichweitige Plasmonen in dünnen plasmonischen Materialien
untersucht. IhreWellenlänge beträgt nur einem Bruchteil derWellenlänge der anregenden
Laserpulse und sie propagieren mit wesentlich kleineren Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten
von nur etwa einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit. An Kreisstrukturen wird eine Fokussierung
der kurzreichweitigen Plasmonen auf ein Siebtel der Laserpuls-Wellenlänge erreicht.
Als kleiner Ausblick wird die Spin-Bahn-Wechselwirkung der kurzreichweitigen Plasmonen an
spiralförmigen Strukturen untersucht.This work contains investigations on surface plasmon polaritons. These are quantized oscillations
of the electron density inside a metal, which propagate in form of electromagnetic waves
across its surface. The observations are made by time-resolved photoemission electron microscopy
in a normal incidend light geometry. Using ultra short laser pulses, which impinge normal
to the surface, surface plasmon wave packages are excited at gratings. Their state, e.g., the center
position or their intensity distribution, is then probed by intentionally delayed arriving laser pulses.
The superposition of the electric fields of the laser pulses and the plasmon packages enables
non-linear photoemission of electrons from the metal. The emitted electrons are then deflected
by the electromagnetic lens system of an electron mircoscope onto a multichannel plate.
The excitation of surface plasmons at gratings is invesitagated regarding the dependence of the
exciting laser pulse polarisation and number of grating slits. The polarisation dependence of the
proping laser pulse and the broadening effect of the probing of the SPP-related PEEM signal is
determined. It is shown that mainly the longitudinal component of the electric field is responsible
for the photoelectron contrast.
The observations of propagating surface plasmon polaritons are used to determine the group and
phase velocities of these waves, which are close to the speed of light.
The formation of a transient standing wave between counter-propagating plasmon packages and
the interference of perpendicular propagating plasmons are observed as well. Another experiment
demonstrates “plasmonic beam splitting“ and a reflection of SPPs by 90 in the surface
plane.
Using particulary designed gratings in form of half and full circles, focussing of surface plasmons
with field ampflifications by a factor of up to four can be achieved. In these cases, even
without the presence of an external electric field electrons can absorb sufficient energy quanta
from the plasmonic field to overcome the vacuum energy barrier for emission. The energetic
spectrum of the ”plasmo-emitted“ electrons shows plateaus separated by multiples of the quantized
plasmon energy, specifically multiples of three, four and five.
Further, so-called short range plasmons in thin plasmonic materials are invesitagated. Their wavelength
is only a fraction of the exciting laser light wavelength and they propagate with significantly
smaller phase and group velocities of only about a fifth of the speed of light. Focussing
short range plasmons down to a seventh of the laserpulse wavelength is accomplished at circular
structures.
As a perspective, the spin orbit coupling of short range plasmons at spiral-like structures is invesitagated
Structure-activity relationship of peptidic guanidinocarbonylpyrrole ligands for non-viral gene transfection - a balancing act via an obstacle course
No full textGuanidiniocarbonylpyrrol(GCP)-tragende peptidische di-, tri- und tetravalente Liganden wurden auf ihre Eignung als Transfektionsvektoren und den dabei zugrundeliegenden Transfektionsmechanismus untersucht. Durch gezielte strukturelle Modifikationen wurden neue Vektoren synthetisiert und unterschiedliche Aspekte der durch sie vermittelte Transfektion ausgeleuchtet, um den Einfluss der unterschiedlichen strukturellen Variationen auf die Affinität zur DNA, das Kondensationspotenzial, die Transfektionseffizienz, den zugrundeliegenden Aufnahmemechanismus, die Pufferkapazität oder die Auswirkung auf die Toxizität zu untersuchen. Die GCP-Gruppe zeigte sich für diesen neuartigen und kleinen Vektortyp als essenziell notwendig, um eine erfolgreiche Transfektion und Exprimierung des GFP zu vermitteln. Die GCP-Liganden waren im Gegensatz zu strukturell sehr ähnlichen Ligaden, die allerdings nur aus natürlichen Aminosäuren aufgebaut sind und als Transfektionsvektoren vollkommen versagten, sehr effiziente Werkzeuge, um fremdes Erbgut erfolgreich in Zellen einzubringen. Die GCP-Gruppen trugen zur exzellenten DNA-Erkennung und -Kondensation bei, vermittelten durch ihre Pufferkapazität das endosomalen Entkommen und schützten die transportierten Plasmide vor dem enzymatischen Abbau. Die Erhöhung der Affinität solcher GCP-tragender Liganden für DNA, z. B. durch eine optimierte Aminosäuresequenz oder die Erhöhung der Valenz auf ein vierarmiges System ließ keine Optimierung. Die Einführung reduktionslabiler disulfidischer Linker-Gruppen gezeigte, dass die zu hohe Bindungsaffinität die Transfektionseffizienz begrenzt. Diese GCP-Liganden waren in der Lage intrazellulär zu weniger affinen Fragmenten zu zerfallen, sodass sich wieder hohe Transfektionseffizienzen beobachten ließen. Die Hybridisierung peptidischer GCP-tragender Liganden mit aliphatischen Molekülteilen (langen Alkylketten oder Cholesterol) bewirkte dagegen nur gesteigerte membranolytische Eigenschaften, ohne nennenswertes Transfektionspotenzial. Allein die Einführung des kleinen Adamantyl-Ankers konnte die Transfektionseigenschaften positiv beeinflussen. Zum einen war bereits bei verminderter Konzentration eine erfolgreiche Transfektion induziert worden, zum anderen war dieser Hybridvektor in der Lage, auch die resistenteren HeLa-Kyoto-Zellen sehr erfolgreich zu transfizieren. Unterstützend wurden zusätzlich alle Liganden mithilfe der hier ebenfalls etablierten fluoreszierenden, nicht-kovalenten DNA-Sonde untersucht und intrazellulär verfolgt. Die deutlich unterschiedlichen Bilder, die dabei erhalten wurden, je nachdem welcher Transfektionsvektor eingesetzt wurde, bewiesen, dass der Aufbau von supramolekularen ternären Komplexen gelungen war, die sogar über die Membranpassage hinaus noch zu bestehen schienen.Guanidiniocarbonylpyrrole(GCP)-carrying peptide ligands were investigated for their suitability as transfection vectors and their underlying mechanism of transfection. New vectors were synthesized by specific structural modifications to determine different aspects of transfection namely the influence of different structural variations on affinity for DNA, condensation potential, transfection efficiency, underlying uptake mechanism, buffering capacity, or toxicity. The GCP group is essential for this novel and small vector type to mediate a successful transfection and expression of the GFP. These GCP-ligands, in contrast to structurally very similar ligands, which were only composed of natural amino acids and failed completely as transfection vectors, became very efficient tools for successfully introducing foreign genes into cells. The GCP groups contributed to recognition and condensation of the DNA, introduced the endosomal escape by their buffering capacity and protected the plasmids from enzymatic degradation. The increase in the affinity of such GCP-bearing ligands for DNA, e. g. by an optimized amino acid sequence, or the enhancement of the valence on a four-armed system did not lead to systems optimization. The introduction of labile disulfide linker groups has shown that binding affinity which was too high limited the transfection efficiency. GCP-Ligands, which were able to decompose intracellularly to less affine ligands by the labile disulfide linkers, again showed high transfection efficiencies. Hybridization of peptidic GCP-bearing ligands with aliphatic moieties (long alkyl chains or cholesterol) only produced enhanced membranolytic properties, without any significant transfection potential. In contrast to that, the use of the small adamantyl anchor could positively influence the transfection properties. On the one hand, a successful transfection had already been induced at reduced concentrations; on the other hand, this hybrid vector was able to transfect even the more resistant HeLa-Kyoto cells very successfully. All ligands were supportively investigated and monitored intracellularly by the fluorescent, non-covalent DNA probe, which is also established here. The clearly differing images, which were obtained depending on the transfection vector used, proved that the construction of supramolecular ternary complexes had succeeded, which even seemed to persist beyond the membrane passage
NMR-spektroskopische Untersuchungen von ultrakleinen Gold-Nanoclustern und Gold-Thiol-Gemischen
No full textDie Übertragung der zuvor etablierten Synthese von ultrakleinen Nanopartikeln auf andere Systeme funktionierte bei teilweiser Anpassung der Aufreinigungsschritte. Bei aliphatischen Mercaptocarbonsäuren ist die Reduktion mit Natriumborhydrid im wässrigen Medium direkt übertragbar. Eine anschließende Ausfällung der Nanopartikel und das Waschen mit Hilfe einer Zentrifuge funktionierten ohne größere Verluste von Gold. Die durchgeführten NMR-spektroskopischen Untersuchungen dieser Nanopartikel lassen deutlich erkennen, dass die erhaltenen Signale eine signifikante Verschiebungsänderung erfahren, die auf den Effekt der Knight-Verschiebung zurückzuführen ist. Hierbei lässt sich ein Zusammenhang zwischen der Verschiebungsänderung und dem Abstand zur Partikeloberfläche erkennen. Die senkrechte Ausrichtung der Liganden zur Oberfläche ist daran abzulesen, da die Methylen-Gruppen nahe der Carboxyl-Gruppe stets kleinere Änderungen in der chemischen Verschiebung erfahren. Mit Hilfe von HSQC- und HMBC-Spektren konnte gezeigt werden, dass auch die Kohlenstoff-Atome spektroskopisch erfasst werden können und diesem Effekt unterliegen. Auch hier findet sich eine Abhängigkeit vom Abstand zu Partikeloberfläche wieder. Des Weiteren zeigen die gemessenen Spektren, dass es keine chemischen Reaktionen am Liganden gegeben hat, da ansonsten in anderen Bereichen der Spektren Signale detektiert worden wären.
Für die aromatischen Mercaptobenzoesäure-Derivate ist die Synthese von Gold-Nanopartikeln ebenfalls übertragbar. Es ist allerdings notwendig, die Liganden vorab in ammoniakalischem Wasser zu lösen. Die beobachtete Stabilität der erhaltenen Partikel nimmt in der Reihe von ortho < meta < para zu. Als Grund dafür können sterische Abstoßungen zwischen der Partikeloberfläche und der Carboxyl-Gruppe genannt werden. Dies findet sich auch in den erhaltenen Spektren wieder, in denen immer ein signifikanter Anteil an entsprechendem Disulfid detektiert wurde. Diese Verunreinigungen stellt ein Problem dar, da die Messungen stets durch Überlagerungen verfälscht werden. Durch Extraktion mit Diethylether und Toluol können diese teilweise entfernt werden. Die aufgenommen NMR-Spektren lassen aufgrund der großen Signalbreite und den nicht detektierbaren Kopplungen keinen Schluss auf den Zustand der Liganden zu. Bei der ortho- und meta-Mercaptobenzoesäure ist wie auch bei den aliphatischen Liganden eine deutliche Verschiebung zu erkennen, die durch die Knight-Verschiebung verursacht wird. Bei der para-Mercaptobenzoesäure wird ein entgegengesetzter Effekt detektiert, dessen Ursache nicht geklärt werden konnte. Da die Nanopartikel mit diesen Liganden eine eher mangelhafte Stabilität aufwiesen, ist es im Rahmen dieser Arbeit nicht gelungen, weitere Informationen über die aromatischen Liganden zu erhalten.
Die Analysen der Partikelgrößen lieferten bei verschiedenen Messmethoden gute Übereinstimmungen untereinander. Vor allem die differentielle Zentrifugalsedimentation und die diffusionsgewichtete NMR-Spektroskopie ergaben stets Werte, die sehr nah beieinander lagen. Die Größe der Nanopartikel wurde dabei mit allen Liganden zwischen ca. 1,7 und 4,4 nm bestimmt. Die Größenverteilungen mittels DCS sind alle nahezu monodispers. Ausnahme stellen der kleinste Ligand Mercaptoethansäure und die Peptide dar. Als eine sehr elegante Messtechnik hat sich die diffusionsgewichtete NMR-Spektroskopie erwiesen. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Diffusionskoeffizienten der Nanopartikel mitsamt der organischen Hülle bestimmen. Durch Anwenden der Stokes-Einstein-Gleichung kann daraus der hydrodynamische Durchmesser errechnet werden. Wie bereits erwähnt, steht dieser Messwert in sehr gutem Einklang mit Messdaten der differentiellen Zentrifugalsedimentation und auch den angefertigten HR-TEM-Bildern. Aufgrund der zerstörungsfreien Erfassung der Partikelgröße ist die diffusionsgewichtete Spektroskopie eine sehr wertvolle Messtechnik. Bei den Messungen mit der dynamische Lichtstreuung zeigte sich, dass diese Methode für ultrakleine Nanopartikel eher ungeeignet ist, da schon geringe Verunreinigungen dazu führen, dass die entsprechenden Partikelsignale nicht mehr detektiert werden. In den TEM-Bildern zeigt sich, dass die Partikel, obwohl sie so klein sind, eindeutig verzwillingt sind. Allerdings gibt es auch Ausnahmen, die einkristalline Partikel zeigen. Jedoch besitzen diese keine definierte Morphologie.
Die Zusammengabe der Tetrachloridogoldsäure mit einem Thiol führt direkt zu einem Farbumschlag. Mit den aliphatischen Liganden werden dabei farblose Lösungen erhalten. In den aromatischen Systemen, wo Ammoniak zugesetzt werden musste, um die Löslichkeit des Liganden zu erhöhen, schlug die Farbe von hell-gelb nach orange-braun um. Dies könnte durch eine Bildung von Gold(III)-hydroxid erklärt werden, welches in Wasser ebenfalls schlecht löslich ist. In den 1H-NMR-Spektren sieht man, dass das Edukt quantitativ umgesetzt wurde. Das Hauptprodukt ist mit Ausnahme der Mercaptoethansäure stets das entsprechende Disulfid. Bei der Mercaptoethansäure erscheinen in dem entsprechenden Spektrum mehr als ein scharfes Signal. Hinzu kommen in allen Spektren jeweils Signale, die sehr breit sind und eine höhere chemische Verschiebung besitzen. Mehrheitlich stimmen diese Signale mit denen der Nanopartikel überein, weswegen von einer Bildung der gleichen ausgegangen werden kann. Eine Bestätigung dessen liefert die Analyse des Gemisches mit der differentiellen Zentrifugalsedimentation. Hierbei stellte sich heraus, dass in allen Proben Nanopartikel mit einem Durchmesser von ca. 2 nm vorhanden waren. Auffällig ist, dass bei Liganden, die eine schlechte Wasserlöslichkeit besitzen, eine erhöhte Agglomeration beobachtet werden konnte. Die Menge an freigesetztem Chlorid kann mit Hilfe von 35Cl-NMR-Spektren und einer Referenz aus Natriumchlorid bestimmt werden. Die erhaltenen Werte waren in allen Proben ungefähr gleich. Es fiel jedoch auf, dass die Werte größer waren als erwartet. Bei einem theoretischen Chlorid-Gehalt von 15 μmol wurden Werte von etwa 17 – 18 μmol gemessen. Daraus lässt sich schließen, dass Gold-Atome oder -Ionen ohne ein gebundenes Chlorid-Ion vorliegen müssen. Dies wäre der Fall, wenn das Gold zur elementaren Spezies reduziert wurde und sich Nanopartikel gebildet hätten. Damit sind alle erhaltenen Ergebnisse zu den Gemischen einstimmig und schlüssig. Die Zugabe von Thiolen zu Tetrachloridogoldsäure führt direkt zur Bildung ultrakleiner Nanopartikel, ohne dass ein weiteres Reduktionsmittel zugesetzt werden muss.In this work, the well-established synthesis of ultra-small nanoparticles was transferred to other systems. In the presence of aliphatic mercaptocarboxylic acids, the reduction of gold by sodium borohydride led to good results. The resulting particles could be precipitated by adding hydrochloride acid and purified by centrifugation. No significant amount of gold was lost during these operations. 1H-NMR spectroscopic studies led to peaks with significantly higher chemical shifts due to the Knight-shift. This change in the chemical shift was dependent on the distance to the nanoparticle surface (metallic core). The methylene protons near the surface experienced a significantly larger change in the chemical shift than the protons next to the carboxyl group. These facts showed that the ligands are vertically aligned. By measuring HSQC and HMBC spectra, 13C-NMR data were also obtained. Due to the Knight-shift, these signals also showed considerable changes in the chemical shift, depending on the distance to the surface of the nanoparticle. As shown by the chemical shifts, the ligand on the particle surface did not chemically change, i.e. it is still the same compound as before.
The syntheses of the gold nanoparticles with aromatic mercaptobenzoic acid derivatives were also possible. Due to their poor solubility, the ligands needed to be dissolved in basic water. The stability of the systems depended on the position of the thiol function. The nanoparticles with the ortho-isomer were rather most unstable. When using the paramercaptobenzoic acid, the particles were more stable, but the byproduct could not be removed completely. The byproduct was the corresponding disulfide formed by the oxidation of the thiol. Due to the high amounts of the disulfide, the signals of the nanoparticles were overlaid in the NMR spectra. These impurities were partially be removed by extraction with toluene or diethyl ether. The resulting spectra showed signals that had a higher chemical shift because of the Knight-shift. However, these signals had a large half width and no couplings between these signals were observed. Due to these facts, no conclusion about the nature ligands on the particles were possible. Due to the poor stability of those nanoparticles, it was not possible to get more information about those systems.
The analysis of the particle size was carried out by different methods that very well agreed with each other. The differential centrifugal sedimentation and the diffusion ordered spectroscopy led to diameters in the range of 1.7 to 4.4 nm. The dynamic light scattering showed a monodisperse particle size distribution except for the smallest ligand and the peptides. These ligands showed a tendency to agglomeration because of the interactions between the molecules. Dynamic light scattering was unsuitable for the measurement of the size of such ultra-small nanoparticles because small amounts of impurities would falsify the results. Diffusion ordered spectroscopy (DOSY) was a very valuable method for the measurement of the particle size because it was nondestructive. By this method, diffusion coefficients were measurable, and these values could be used to calculate the hydrodynamic diameter by the Stokes-Einstein-Equation. High-resolution TEM images of two samples were in good agreement with these results. In these images, predominantly twinned crystals were found. Some single crystals could be found, but they did not show a special morphology.
When adding the thiol to a solution of chloroauric acid, a color change occurred. In case of the aliphatic ligands, the resulting solutions were colorless. When using the aromatic ligands the color changed to orange-brownish. As before, ammonia had to be added due to the poor solubility of the aromatic systems to increase the pH. The resulting 1H-NMR spectra showed that the ligand was fully consumed. The main product was the corresponding disulfide. Several sharp NMR signals were found in case of the mercaptoacetic acid that could not be correlated. Broad signals were detected as well. These signals had a higher chemical shift and appeared to be in agreement with the signals of the nanoparticles detected before. When this mixture was analyzed by differential centrifugal sedimentation, nanoparticles were detected with a diameter of about 2 nm. The poor solubility of some ligands led to a higher rate of agglomeration. 35Cl-NMR spectra were used to analyze the amount of chloride released during the reaction. For this, a standard solution of sodium chloride was measured first. The resulting values for all samples were almost identical and varied between 17 and 18 μmol. The theoretically necessary amount of chloride was 15 μmol because 5 μmolchloroauric acid were used. If more chloride was found, there must be gold containing species without bound chlorine. This could be explained by the reduction of the gold to the oxidation state zero. In this case it would be possible for nanoparticles to be formed. All obtained results were consistent and confirmed the formation of ultra-small nanoparticles by adding a thiol to the solution of chloroauric acid. No further reducing agent was needed
A study to implement a 2D laser scanner to determine the platform position and orientation of a cable robot for logistic applications
No full textDer Einsatz seilgetriebener Parallelmanipulatoren (CDPR) in der Industrie ist der Weg in eine vielversprechende Zukunft. Im Vergleich zum klassischen Parallelmanipulator hat der CDPR einen größeren Arbeitsraum und verbraucht dennoch weniger Energie. Ein CDPR-Prototyp für die Anwendung im Hochregallager wurde im Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen entwickelt. Ziel ist, diese Anwendung auf den Markt zu bringen. Für die Roboterkalibrierung, zur Bewertung der Roboterregelung und aus Gründen der Sicherheit muss die Position und Orientierung (Pose) der CABLAR-Plattform bestimmt werden. Aktuelle Forschungsarbeiten zeigen, dass die effektivsten Verfahren zur Bestimmung der Plattformpose die direkte Messung mit einem externen Sensor und die indirekte Messung mit einem integrierten Sensor am Seilroboter sind. Beispiele für die direkte und indirekte Messung sind das Kamerasystem und die Vorwärtskinematik. Aufgrund der hohen Kosten ist das Kamerasystem für diese Anwendung weniger geeignet. Andererseits birgt auch die Vorwärtskinematik einige Nachteile: Die aktuelle Geometrie des Roboters stimmt wahrscheinlich wegen der Herstellungs- und/oder Montagetoleranz nicht mit dem kinematischen Modell überein. Zudem beeinflussen Umweltfaktoren, wie z. B. die Temperatur, und eine lange Betriebszeit die Seileigenschaften (z. B. Elastizitätsmodul, Seildichte, Durchmesser). Diese Änderungen verringern die Genauigkeit der Plattformpositionierung.
Ein alternatives Verfahren zur Bestimmung der Plattformpose ist die Messung mittels eines 2D-Laserscanners und eines Orientierungsaufnehmers (IMU). In Kombination mit Reflektoren an der linken, rechten und spezielle Anordnung an oberen Seite des Roboterrahmens liefert der Laserscanner einzigartige Messdaten. Das Messergebnis des Laserscanners basiert auf dem Gerade-Ebene-Schnittpunkt, der mittels Gradientenprojektionsverfahren modelliert wird. Zudem wurde ein Kompensationsalgorithmus entwickelt, um die Auswirkung des Geschwindigkeitseffekts auf das Messergebnis aufgrund der Plattformbewegung zu verringern. Der Näherungswert der normalen Parametrierung aller Reflektoren wird mittels der
modizierten Hough-Transformation geschätzt. Unter Zuhilfenahme dieses Wertes wurde das Messergebnis anhand eines zufälligen Stichprobenverfahrens (RANSAC Algorithmus, englisch Random Sample Consensus) segmentiert. Ziel ist, die Messdaten der Reflektoren an der linken, rechten, und oberen Seite des Roboterrahmens zu trennen. Die Methode der kleinsten Quadrate (KQ-Methode) bestimmt anhand dieser segmentierten Messdaten den besten Wert der normalen Parametrierung jeder Geraden, die zu allen Reflektoren gehört. Aus diesen Werten werden die y- und z-Komponente und der Rollwinkel der Plattformpose bestimmt. Um die Messfähigkeit des 2D-Laserscanners vom zwei dimensionalen zum räumlichen Messen zu erweitern, wurde ein mathematisches Modell mittels einer speziellen Reflektoranordnung entwickelt. Ziel ist die Bestimmung der x-Komponente und des Gierwinkels der Plattformpose. Der Nickwinkel wird vom IMU gemessen.
Die Simulation der Plattform wurde in Ruhe und in Bewegung durchgeführt. Die Simulationsergebnisse sind als Empfehlung für den Versuch am Prototyp zu sehen. Vor dem Versuch wurde die passende Sensorschnittstelle gewählt und getestet. Zudem erfolgte die Gestaltung des Sensorkonzepts zur Datenübertragung. Der Treiber für die Sensoren und die Software für die Datenbearbeitung wurden vorbereitet und das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung der Plattformpose am Prototyp getestet. Im Versuch wurde die translatorische Komponente der Plattformpose mit direkter Messung der Plattformposition validiert. Der Vergleich zeigt, dass die gemessene Plattformpose nicht an gewünschter Stelle liegt. Danach wurde das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung der Plattformpose während niedriger und hoher Plattformgeschwindigkeit getestet. Das Ergebnis zeigt, dass dieses Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Plattformpose geeignet ist.
Die oben beschriebenen Forschungsergebnisse zeigen, dass vorgeschlagene Messverfahren sich zur Bestimmung der Plattformpose in Ruhe und in Bewegung eignet. Aufgrund des günstigen Preises ist das vorgeschlagene Messsystem eine vielsprechende Möglichkeit, die in der kommerziellen Anwendung des CABLAR eingesetzt werden kann.The implementation of a Cable Driven Parallel Robot (CDPR) as a commercial product has a promising future due to its energy efficiency and larger workspace compared to conventional parallel manipulators. A prototype of a CDPR for warehouse applications called CABLAR has been developed at the Chair of Mechatronics at the University of Duisburg-Essen (UDE), which aims to develop the CDPR as a commercial product.
In order to benchmark the controller and calibrate the robot, for safety reasons, the platform position and orientation (pose) of the CABLAR must be measured. The current reported approaches to determine the platform pose of a cable robot are direct measurement and indirect measurement. An external sensor such as a camera system or laser tracker is used in direct measurement. Meanwhile, indirect measurement is the determination of the platform pose by forward kinematics where the input is from the proprioceptive sensor. However, the camera system is not worth implementing in the commercial product due to its high cost. On the other hand, forward kinematics has drawbacks when the defined parameters are not identical to the actual parameters. The manufacturing tolerance, assembly tolerance or changing the properties and diameter of the cable because of environmental effects (e.g. temperature) and long operation time are the reasons for this and are difficult to avoid. As a result, the actual pose of the platform could deviate from the desired pose.
In this thesis, a direct measurement method by combining a 2D laser scanner with an Inertial Measurement Unit (IMU) is proposed. Several flat reflectors are fixed on the left and right of the robot frame with a special pattern design on the upper side. The laser scanner measurement result during the operation of the CABLAR is imitated based on the line-plane intersection according to the gradient projection method. A compensation algorithm aimed at reducing the velocity effect on the measurement result due to platform motion is proposed. The rough value of normal parametrization of each reflector is estimated using the Modified Hough Transform (mHT) from the measurement result. According to the rough value of the normal parametrization, the measurement result is segmented into a dataset corresponding to the left-, right- and upper-side reflectors by Random Sample Consensus (RANSAC). The linear least squares method is applied in order to determine the ne value of the normal parametrization of all segmented data. The y-component, z-component and roll angle of the platform pose are determined from the fine normal parametrization. A mathematical model based on the reflector special pattern design is developed. The goal is to extend the limitation of the 2D laser scanner from plane measurement to become space measurement in order to obtain the x-component and the yaw angle of the platform pose. The pitch angle is measured by the IMU.
The CABLAR model is simulated to verify the proposed measurement method for the conditions where the platform is stationary and in motion. According to the simulation results, several points are concluded as the recommendations for the experiment. Before the experiment was conducted, the suitable hardware interface of the sensors was chosen and tested. The system architecture of the data transfer was designed. The software to drive the sensors and to process the measurement data was prepared. In the experiment on the prototype, the translational components of the platform pose were validated with the direct measurement. Meanwhile the rotational components obtained from the proposed method were validated with the measurement result from the IMU. The results show that the platform position deviates from the desired pose. Furthermore, the proposed platform pose measurement method is tested for the platform in low- and high-velocity motion. The results show that the proposed measurement method is able to determine the actual platform pose.
Finally, the proposed measurement method is able to determine the platform pose when stationary and in motion. The proposed measurement system is suitable for application in the commercial CABLAR due its low cost compared to the actual reported measurement system
Internet-communication disorder: Affektive und kognitive Mechanismen als zentrale Faktoren bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung einer pathologischen Nutzung
No full textDie Internet-communication disorder (ICD) beschreibt die pathologische Nutzung von Online-Kommunikationsanwendungen wie Social Networking Sites, Instant Messenger Services oder (Micro-) Blogs. Dieses klinisch relevante Phänomen wird trotz bisheriger fehlender Klassifikation als spezifische Form der Internet-use disorder (IUD) eingeordnet. Zahlreiche empirische Arbeiten untersuchten potenzielle Risikofaktoren, wobei in erster Linie Personenmerkmale als Prädiktoren ermittelt wurden, die das Risiko der Entwicklung und Aufrechterhaltung einer ICD erhöhen. Theoretische Annahmen wie das I-PACE Modell (Interaction of Person-Affect-Cognition-Exection Model) von Brand, Young, Laier, Wölfling und Potenza (2016) adressieren jedoch neben der Relevanz von Personenmerkmalen unter anderem auch interagierende Effekte affektiver und kognitiver Komponenten als Mechanismen einer spezifischen IUD. Bisher fehlen allerdings Studien, die den Effekt von Personenmerkmalen unter Berücksichtigung kognitiver Mechanismen auf die ICD untersuchen. Auch die Rolle affektiver Komponenten wie Cue-Reactivity und Craving als zentrale Konstrukte bei der Erklärung dieser dysfunktionalen Nutzung wurde noch nicht geprüft. Die aktuelle kumulative Dissertation soll somit die Forschungslücke hinsichtlich der Relevanz affektiver und kognitiver Komponenten bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung einer ICD adressieren. Schrift 1 des Kumulus unterstreicht den Effekt psychopathologischer Symptombelastung wie Depressivität und Unsicherheit im Sozialkontakt auf die Tendenz zu einer ICD. Dabei wird gezeigt, dass dieser Effekt durch die Internetnutzungserwartungen und Facetten der Internetnutzungskompetenz mediiert wird. Schrift 2 bekräftigt die Mediationseffekte kognitiver Mechanismen auf den Zusammenhang zwischen Personenmerkmalen und Tendenzen zu einer ICD. Dabei kann gezeigt werden, dass der Zusammenhang psychopathologischer Symptombelastung und einzelner Personencharakteristika wie Selbstwert, Stressvulnerabilität und Selbstwirksamkeitserwartung auf die Tendenz zu einer ICD durch die Internetnutzungserwartung beziehungsweise durch einen dysfunktionalen Coping-Stil mediiert wird. Hervorzuheben ist auch, dass soziale Aspekte wie soziale Einsamkeit und fehlende wahrgenommene soziale Unterstützung einen direkten Effekt auf die Entwicklung und Aufrechterhaltung von Symptomen einer ICD haben. Die Befunde aus Schrift 1 und 2 legen nahe, dass kognitive Faktoren das Risiko einer dysfunktionalen Nutzung von Online-Kommunikationsanwendungen verstärken können beziehungsweise für den Faktor der Selbstregulation präventive Mechanismen greifen. In der dritten Schrift des Kumulus gilt es die Rolle affektiver Konstrukte wie Cue-Reactivity und Craving als weitere Risikofaktoren einer ICD zu identifizieren. Es konnte erstmalig in einem experimentellen Versuchsdesign gezeigt werden, dass Personen, die mit online-kommunikationsspezifischen Reizen (visuell oder auditiv) konfrontiert werden, stärkere Craving-Reaktionen zeigen als Personen, die neutralen Reizen ausgesetzt werden. Das subjektiv wahrgenommene Craving korreliert außerdem positiv mit der Tendenz zu einer ICD. Somit verdeutlichen die Befunde der Schrift 3, dass klassische Suchtkonzepte wie Cue-Reactivity und Craving auch bei dieser spezifischen Facette der IUD eine zentrale Rolle spielen. Die vorliegenden Befunde aller drei Schriften können im Hinblick des I-PACE Modells diskutiert werden und stehen im Einklang mit theoretischen Annahmen aus der Suchtforschung, aber auch mit grundlegenden Konzepten der Medienpsychologie wie dem Uses and Gratifications Ansatz und der Social Compensation Theory. Zusammenfassend lassen sich Alleinstellungsmerkmale, aber auch Gemeinsamkeiten der ICD mit anderen substanzgebundenen und nicht-substanzgebundenen Süchten feststellen.Internet-communication disorder (ICD) is described as the pathological use of online-communication applications such as social networking sites, instant messenger services, or (mirco-) blogs. This clinical relevant phenomenon is not yet classified but discussed as a specific form of Internet-use disorders (IUD). Empirical studies already addressed person’s core characteristics as risk factors of the development and maintenance of an ICD. Theoretical approaches such as the I-PACE model (Interaction of Person-Affect-Cognition Execution Model) by Brand, Young, Laier, Wölfling, and Potenza (2016) address the relevance of person’s core characteristics and the interaction with affective and cognitive components as mechanisms of a specific IUD. Nevertheless, studies are missing which investigate the effect of person’s core characteristics on ICD under consideration of cognitive mechanisms. The effect of affective components such as cue-reactivity and craving for the development of a dysfunctional use has so far not been investigated, either. The cumulative dissertation aims to address this research gap. Script 1 of the cumulus demonstrates the effect of psychopathological symptoms such as depression and interpersonal sensitivity on ICD, which is mediated by Internet-use expectancies and dimensions of Internet literacy. Script 2 of the cumulus emphasizes the mediation effect of specific cognitions on the relationship between person’s core characteristics and symptoms of ICD. The results show that the effect of psychopathological symptoms and personal aspects such as self-esteem, stress vulnerability, and self-efficacy on symptoms of ICD is mediated by Internet-use expectancies as well as dysfunctional coping style. Social aspects such as social loneliness and less perceived social support have a direct effect on the development and maintenance of symptoms of an ICD. Taken together, the results of script 1 and 2 emphasize that cognitive mechanisms reinforce the risk of a dysfunctional use of online-communication applications. Script 3 of the cumulus investigates the effect of affective components such as cue-reactivity and craving as risk factors of an ICD. In an experimental setting the results indicate that persons confronted with online-communication related cues (acoustically or visually) show higher craving reactions than persons confronted with neutral cues. Subjective perceived craving correlates positively with tendencies of an ICD. Script 3 emphasizes that cue-reactivity and craving play an important role in this specific IUD as well. The current finding of the scripts 1-3 are discussed in the context of the I-PACE model and are in line with further models of the addiction research and of media psychology concepts such as uses and gratifications approach as well as social compensation theory. Summarized, there are convergent as well as divergent mechanisms of an ICD regarding other substance-use and non-substance use addictions
Sustainable existing neighborhoods – development of instruments to assess and optimize existing neighborhoods in terms of sustainability using the example of the City of Essen
No full textUm dem Klimawandel zu begegnen, wurde das Leitbild der nachhaltigen Entwicklung auf der politischen Ebene weltweit anerkannt. Als Handlungsstränge wurden auf globaler, nationaler und lokaler Ebene verschiedene Strategien und Maßnahmen des Klimaschutzes und der Klimaanpassung formuliert, jedoch bisher nur rudimentär umgesetzt. Seit Beginn der Nachhaltigkeitsdebatte wurden nicht nur globale und nationale Klimaschutzverpflichtungen formuliert, sondern ebenfalls die Entwicklung von Indikatorensystemen zur Operationalisierung, Konkretisierung und schließlich Umsetzung des Nachhaltigkeitsleitbildes empfohlen. Zudem wurde die Leitvorstellung der Nachhaltigkeit im deutschen Raumordnungs- und Bauplanungsrecht gesetzlich verankert. Die heutige Stadtplanung soll somit durch das Leitbild der nachhaltigen Siedlungsentwicklung „geleitet“ werden. Generell mangelt es der Stadtplanung an Entscheidungs- und Abwägungsgrundlagen für die Festlegung konkreter Maßnahmen, während zur Umsetzung der jeweiligen Maßnahmen grundsätzlich ausreichend (stadtplanerische) Instrumente zur Verfügung stehen. In der vorliegenden Dissertation sollen somit fundierte und zielgerichtete Bewertungsmaßstäbe sowie Abwägungs- und Entscheidungsgrundlagen entwickelt werden, die die Stadtplanung bzw. Stadtverwaltung um eine strategische Planung bereichern und somit die Umsetzungschancen einer nachhaltigen Siedlungsentwicklung erhöhen. Die zu entwickelnden und als Abwägungs- und Entscheidungsgrundlagen dienenden Instrumente (LowCarbonIndex/LCI® und Quartierstypologie) sollen anhand von stadtentwicklungspolitisch bedeutsamen Quartieren erprobt werden
Eine Studie über State-of-the-Art Motion-Cueing-Algorithmen angewendet auf Planar Motion mit Pure Lateral Acceleration - Vergleich, Auto-Tuning und subjektive Bewertung auf einem KUKA Robocoaster Serial Ride Simulator
No full textDriving simulators are widely used during the training of drivers/pilots, and for entertainment, as well as in the research of human behavior. Motion cueing algorithms (MCAs) are aimed at mapping the motion of moving vehicles into the limited workspace of driving simulators, while preserving the perceptual realism of the simulation. Several MCAs have been developed in the literature to improve the realism of the simulation. However, each MCA presents strengths and weaknesses when compared to the others. Most importantly, the tuning of the MCA parameters is an open issue because these parameters are not intuitive for normal simulator users.
The current dissertation considers a systematic comparison of existing MCAs based on a simple maneuver with only lateral (left/right) accelerations, i.e. a trajectory along a planar S-shaped track with constant velocity. All the MCAs were implemented and compared numerically using a novel measure – the well-tuned index. In a later stage, the trajectories of the MCAs were implemented in the KUKA Robocoaster and assessed by a group of 17 test-subjects. The results of the subjective assessment were compared with the numerical metrics. Furthermore, in the thesis an auto-tuning process based on the mean-variance mapping optimization (MVMO) and numerical perception scores was developed by which one is able to automatically tune the parameters to obtain a high well-tuned index, reducing drastically the current high manual tuning times.
It was observed that, for a serial robot, the circular motion of the cabin can be well-compensated by the pitch angle. Among the MCAs, the optimal tracking algorithm (ZyRo) and the model predictive control (MPC*) can simulate large amplitude input signals while keeping a high value of the well-tuned index. Furthermore, these algorithms exploit the simulator’s workspace better than the other MCAs and are easily tuned. The ZyRo algorithm produces similar results as the MPC* algorithm, but requires less computational time. The responses of all the MCAs included in this study are similar when using a same low scaling factor (k = 0.4). However, if a larger scale factor is used, the responses of the MCAs change significantly.
Finally, it was concluded that a good correlation between the average subjective scores and the objective measures can be achieved. However, due to the large variability of the individual scores, further research is needed to better understand the subjective ratings of simulation rides.Fahrsimulatoren werden für die Schulung von Fahrern/Piloten, in Fahrgeschäften, sowie in der Forschung des menschlichen Verhaltens verwendet. Motion-Cueing-Algorithmen (MCAs) zielen darauf ab, die Bewegung von fahrenden Fahrzeugen in dem begrenzten Arbeitsbereich der Fahrsimulatoren abzubilden und gleichzeitig den Wahrnehmungsrealismus der Simulation zu bewahren. In der Literatur wurden mehrere MCAs entwickelt, um den Realismus der Simulation zu verbessern. Jedoch weist jeder MCA Stärken und Schwächen im Vergleich zu den anderen. Dabei ist die Abstimmung der MCA-Parameter kritisch, da die Parameter für normale Simulator-Benutzer nicht intuitiv sind.
In dieser Dissertation wird ein systematischer Vergleich zwischen bestehenden MCAs anhand eines einfachen Manövers mit nur seitlichen (links / rechts) Beschleunigungen, d.h. entlang einer ebenen S-förmigen Spur mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt. Alle MCAs wurden implementiert und numerisch mit einem neuartigen Maß - dem „gut abgestimmten Index“ („well-tuned index“) – miteinander verglichen. In einem späteren Stadium wurden die Trajektorien der MCAs im KUKA Robocoaster implementiert und von einer Gruppe von 17 Versuchspersonen bewertet. Die Ergebnisse der subjektiven Bewertung wurden dargestellt und mit den numerischen Metriken verglichen. In der Dissertation wird auch eine neue Auto-Tuning Methode entwickelt, die die Mittel-Varianz-Mapping-Optimierung (Mean Variance Mapping Optimization = MVMO) sowie numerische Empfindungscores verwendet, mit der die Parameter automatisch abgestimmt und damit hohe Werte des Bewegungsempfindungsindex erzielt werden können. Dadurch entfallen die sehr zeitaufwändigen manuellen Abstimmungsarbeiten bei gleicher oder besserer Bewegungsqualität.
Es wurde beobachtet, dass für einen seriellen Roboter die Kreisbewegung der Kabine durch den Nickwinkel gut kompensiert werden kann. Unter den MCAs konnten der optimale Tracking-Algorithmus (ZyRo) und die modellbasierte prädiktive Regelung (MPC*) große Amplituden des Eingangssignals unter Erzielung eines hohen Wert des „gut abgestimmten Index“ simulieren. Darüber hinaus nutzten diese Algorithmen den Arbeitsbereich des Simulators besser als die anderen MCAs und waren leichter abzustimmen. Der ZyRo-Algorithmus erzeugt ähnliche Ergebnisse wie der MPC*-Algorithmus, erfordert aber weniger Rechenzeit. Die Bewegungseigenschaften aller in dieser Studie enthaltenen MCAs sind bei der Verwendung des gleichen niedrigen Skalierungsfaktors (k = 0,4) ähnlich. Wenn jedoch ein größerer Skalierungsfaktor verwendet wird, ändern sich die Antworten der MCAs signifikant.
Zum Schluss wurde festgestellt, dass eine gute Korrelation zwischen den durchschnittlichen subjektiven Bewertungen und den objektiven Maßnahmen erreicht werden kann. Allerdings sind aufgrund der großen Variabilität der einzelnen Bewertungen weitere Untersuchungen erforderlich, um die subjektiven Bewertungen der Fahrsimulationen besser zu verstehen