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Clarity of situation descriptions in living wills in cases of incurable cancer
No full textIn dieser Arbeit wurde die Umsetzung von Patientenverfügungen bei nicht-heilbaren Krebserkrankungen mit Fokus auf die Eindeutigkeit der in gängigen Formulierungshilfen vorgeschlagenen Situationsbeschreibung „Endstadium einer unheilbaren, tödlich verlaufenden Krankheit […], selbst wenn der Todeszeitpunkt noch nicht absehbar ist“ untersucht.
Dazu wurde im Anschluss an einen Pretest eine Online-Befragung von Leitenden DKG-zertifizierter Krebszentren durchgeführt, an welcher 10,4% (91/874) teilnahmen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Umgang mit Patientenverfügungen zum klinischen Alltag der Befragten gehört und die Patientenverfügung als Entscheidungshilfe mit Einfluss auf die Behandlung krebskranker Patientinnen und Patienten wahrgenommen wird. 68,1% beurteilten die untersuchte Situationsbeschreibung als eher oder sehr eindeutig. Obwohl die meisten Befragten Auslegungsunterschiede im ärztlichen Team als selten oder nahezu nie vorkommend bezeichneten (65,9%), ergab die Untersuchung der Beurteilungen von drei fiktiven Fallvignetten in Bezug auf das Zutreffen auf die genannte Situationsbeschreibung eine nur sehr schwache, nahezu zufällige Übereinstimmung unter den Befragten (Fall 1 + Fall 3: 31,5% vs. 68,5%, Fall 2: 49,4% vs. 50,6%). Kontrastierend dazu wurde die eigene Beurteilung überwiegend als eher sicher oder sicher eingeschätzt (87,6 – 96,6%). Für die Zukunft der Patientenverfügung wünschten sich die Befragten spezifischere Formulierungen und mehr individuelle Angaben.
Die Ergebnisse können nicht generalisiert werden und der geringe Fragebogenrücklauf schränkt die Aussagekraft ein. Die stark divergierenden Beurteilungen signalisieren jedoch, dass auch bei Vorliegen einer Patientenverfügung derzeit nicht in jedem Fall von einer eindeutigen Entscheidungssituation ausgegangen werden kann. Das Bewusstsein über die Notwendigkeit der Auslegung und mögliche Beurteilungsunterschiede sollte unter Ärztinnen und Ärzten und Betroffenen geschärft werden. Es bedarf weiterer Untersuchungen zur Bestätigung der Ergebnisse und zur Klärung, ob eine Änderung der Formulierungshilfen oder ein ACP-Prozess die Eindeutigkeit steigern kann.This study examined the application of living wills in cases of incurable cancer, focusing on the clarity of the situation description used in common formulation aids: ‚terminal stage of an incurable, fatal disease […], even if the time of death is not yet foreseeable‘.
To this end, following a pre-test, an online survey was conducted among medical directors of DKG-certified cancer centers, in which 10.4% (91/874) participated. The results show that dealing with living wills is part of the respondents‘ everyday clinical practice and that living wills are perceived as a decision-making aid that influences the treatment of cancer patients. 68.1% rated the situation description examined as rather or very clear. Although most respondents described differences in interpretation within the medical team as rare or almost non-existent (65.9%), the analysis of the assessments of three fictious case vignettes in terms of their applicability to the situation description revealed only very weak, almost random agreement among the respondents (case 1 + case 3: 31.5% vs. 68.5%, case 2: 49.4% vs. 50.6%). In contrast, respondents’ own assessments were predominantly rated as rather certain or certain (87.6 – 96.6%). Respondents wanted more specific wording and more individual details for the future of living wills.
The results cannot be generalised, and the low response rate limits its significance. Nevertheless, the widely diverging assessments indicate that even when a living will is in place, it cannot always be assumed that the decision-making situation is clear. Awareness of the need for interpretation and possible differences in assessment should be raised among doctors and those affected. Further research is needed to confirm the results and to clarify whether a change in the wording aids or an ACP process can increase clarity
The lure of tradition: Just a bias against the “creative” label?
No full textCreative ideas are publicly desired and highly praised. In contrast, a growing body of research indicates that humans are implicitly biased against creative solutions. On the one hand, this counterintuitive finding might be due to negative prejudice against the label “creative”. On the other hand, this bias might be a result of deeper-rooted associations between situational features and appropriate behavior in the given context, thus favoring the emergence of tried-and-tested instead of creative solutions. In a preregistered experiment, I unraveled these two possible reasons for implicit anti-creativity biases. Participants (N = 156 adults) were prompted to select either a traditional or a creative use for an item by moving their mouse cursor to a corresponding target area. For one group, items were existing everyday objects. For the other group, items were fictitious terms for which no pre-experimental associations should exist. For the existing objects group, but not for the fictitious objects group, movements toward creative options were significantly slower and more torn towards the opposing option compared to traditional selections. I conclude that implicit aversion against creative ideas rests on cognitively deeply rooted associations between situational features and specific actions instead of on a mere bias against the “creative” label
Würzburger Thesen zur Angewandten Sprachwissenschaft
No full textApplied Linguistics is Linguistics Plus: Compared to non-applied linguistic research, applied linguistics is characterized by a socially cooperative approach that focuses on linguistic and language-related problems and problem areas, a solution-oriented research design, networking with the outside world, and special application skills of the researchers.This is the conclusion of the conference “Applied and Applicable Linguistics – A Position Determination,” held in Würzburg in December 2023. The conference responded to an observation that can be made from a review of theoretical discussions of applied linguistics, but also from observing applied linguistic practice, for example at the conferences of the Gesellschaft für Angewandte Linguistik e. V.: Despite various attempts to define it, there are currently very different views of what applied linguistics is, what specific features characterise it and how it can be delineated from other areas or methodologies of linguistics. This normally causes no issue when, for example, negotiating different positions and a broad research discourse that promotes science – in practice, however, it makes it more difficult for applied linguistics to be perceived and recognised as a discipline in the research landscape and in society. Colleagues working in higher education as well as other sectors often point out the negative consequences for interdisciplinary cooperation, the acquisition of funding or the recruitment of early career researchers. The aim of the conference was therefore to discuss and clarify how applied linguistics is currently defined in German-speaking research practice and, at the same time, to outline a vision for the future ideally sparking further discussion. The focus was not on narrowing discourse, but rather on promoting discourse. The results of the conference are presented here in the form of theses, individually commented on by conference participants. They are intended as a starting point for further programmatic discussion
Compensatory movements of the midfoot joints influence gait pattern after arthroscopic ankle arthrodesis
No full textBackground:
Arthroscopic ankle arthrodesis (AAA) is a standard procedure for end-stage osteoarthritis of the ankle. One of the main concerns after AAA remains the development of secondary osteoarthritis in the subtalar and tarsal joints in the long term. This development is thought to be due to a compensatory increased mobility and therefore increased load on the adjacent joints. Therefore, the aim of the study was to analyze the residual motion of the tarsal joints, the load distribution under the foot, and the influence of tarsal joint motion on load distribution and gait pattern after AAA.
Methods:
29 patients with arthroscopic AAA were analyzed in a retrospective case-control series by pedobarographic gait analysis and fluoroscopy. The variables examined by pedobarography included peak force, peak pressure, and contact time of 10 different zones of the foot during the roll-over process, comparing the operated with the contralateral healthy foot. The range of motion (ROM) of the subtalar and medial tarsal joints in dorsiflexion/plantarflexion were assessed radiologically.
Results:
After AAA, peak forces of the ipsilateral foot were significantly reduced for the entire foot and especially the first metatarsal, great toe, and lesser toes during the roll-over process. Peak pressure decreased significantly under the lesser toes and increased under metatarsal 5, without significant load alterations under the mid- and hindfoot. The residual ROM of the subtalar and tarsal joints in dorsiflexion/plantarflexion was 23.5 degrees. The greater the ROM of the adjacent joints, the more the gait pattern normalized.
Conclusion:
Load distribution during the stance phase is influenced by AAA; the ROM of the subtalar and midfoot joints is essential in normalizing gait pattern.
Level of Evidence:
IV, case series
Francesco Massetti, Leo IX. und die papstgeschichtliche Wende (1049–1054). (Papsttum im mittelalterlichen Europa, Bd. 13.) Köln, Böhlau 2024
No full textRezension zu Francesco Massetti, Leo IX. und die papstgeschichtliche Wende (1049–1054). (Papsttum im mittelalterlichen Europa, Bd. 13.) Köln, Böhlau 202
Robust and Scalable Cross-Lingual Transfer
No full textCross-Lingual Transfer (XLT) in natural language processing (NLP) fundamentally aims to beneficially leverage data in one language for performing tasks in another language. In recent years, this paradigm of transfer learning has only become ever more important. With the advent of large language models (LLMs) like ChatGPT or Gemini to the public domain, language technology ultimately broke through to everyday usage of hundreds of millions of people. However, these models perform best when prompted in English, materially degrading in performance when queried in languages with a much smaller digital footprint that are typologically distant from English. Such discrepancies in performance consequently further add to the digital divide, marginalizing minority communities interacting with such tools in underrepresented languages that would stand to benefit the most.
As a result, we require methods both that enable robust XLT in the absence of further target-language data and that rapidly extend the more English-centric LLMs to underrepresented languages to improve their support. We additionally need massively multilingual evaluation data to comparatively evaluate the capabilities of such models, ultimately catalyzing further progress towards truly inclusive language technology.
Motivated by the preceding considerations, we contribute both methods and evaluation data in this thesis that aim to bridge the digital divide for more inclusive language technology. Our contributions can be segmented into three thematic areas.
(1) Robust Cross-Lingual Transfer. In the first part, we put forth methods that stabilize and improve zero- and few-shot XLT with massively multilingual masked language models fine-tuned on sizable training data in the source language, which most commonly is English. Specifically, we propose to average the weights of models saved periodically throughout training and show that this both yields gains in transfer and reduces fluctuation of performance. We further enable averaging such model checkpoints across independent training runs to squeeze out additional performance for XLT. In fact, we demonstrate that averaging all checkpoints across all the runs when performing hyperparameter tuning yields zero-shot XLT (ZSXLT) performance that closely aligns with ideal transfer. Ideal XLT refers to maximizing performance by model selection on target-language validation sets. Our approach is very valuable, since labeled target-language instances for model selection are absent in true ZSXLT. Should they exist, they are better used for training in few-shot XLT (FSXLT). For this paradigm, the conventional strategy is to first fine-tune on source-language data and then adapt the model further on the few target-language instances. We demonstrate that jointly training on the source- and target-language data instead not only notably increases performance but also predictably results in ideal transfer.
(2) Massively Multilingual Language Adaptation. In the second part, we tackle language adaptation (LA), which refers to improving support for a language post-hoc in a pre-trained language model. LA is crucial, for instance, to extend LLMs to languages of smaller communities that have little to no representation in the pre-training of those models. We propose a method that addresses deficiencies of existing approaches. Those typically require additional training of, for instance, auxiliary fastText embeddings or model parameters, but nevertheless necessitate prolonged training to converge to near-maximum target-language performance. We instead suggest fusing an off-the-shelf encoder of a massively multilingual translation model with the transformer body of an English-centric LLM-based sequence encoder, tying the multilingual alignment of the machine translation model and the natural language understanding capabilities of LLMs together. Our approach poses crucial advantages. The fusion of models is performed by English-only self-supervised distillation, not requiring any data in the target languages. The resulting model boasts very strong ZSXLT capabilities, significantly outperforming a cascaded approach that first uses the translation model to translate the target-language test instance to the source language and then performs inference with the English-centric LLM-based sequence encoder. Moreover, we show that the alignment procedure requires only a few thousand training steps, constituting a sample-efficient massively multilingual language adaptation.
(3) Multilingual Multi-Modal Evaluation. Lightweight projection modules can be trained to link LLMs with vision encoders that embed input images into latent space. This extends LLMs like Llama or Qwen to create large vision-language models (LVLMs). The resulting LVLMs can then perform vision-language tasks, such as visual question answering or image captioning. Existing benchmarks for testing the multilingual capabilities of LVLMs, however, at best support 100 languages, and only do so by translating evaluation data from high-resource languages like English. Such data often comprises artifacts that skew evaluation, such as overly simplifying or normalizing text. We hence introduce MVL-SIB, a massively multilingual vision-language benchmark for 205 language variants. The benchmark consists of two multiple-choice cross-modal topic matching tasks, images-to-sentences and sentences-to-images. In both tasks, the model is given the general context in English, such as the task description and the list of valid topics. In the former, the model picks the correct sentence from four choices that fits the 1, 3, or 5 reference images. Vice versa, in the latter, the LVLM selects the image that matches the 1, 3, or 5 reference sentences. The sentences are provided in one of the 205 languages. Benchmarking LVLMs on MVL-SIB, we find that these models materially degrade in performance if prompted in the lowest-resource languages, performing at chance levels for languages like N'Ko. Moreover, unlike existing benchmarks, MVL-SIB enables us to discern textual from vision-language support for each language. MVL-SIB also allows us to test multi-image support of LVLMs by varying the number of reference images in the "images-to-sentences" task. We find that, unlike GPT-4o-mini, open-weight models struggle to benefit from more than a single reference image.
In sum, we devise methods to make XLT more robust and efficient, adapt LLMs to a vast set of languages, and provide a holistic, massively multilingual probe of vision-language capabilities in LVLMs. We hope that these contributions catalyze more work towards inclusive language technology that equitably serves users interacting with language models in any language.Sprachübergreifender Transfer (Cross-Lingual Transfer, XLT) in der Verarbeitung natürlicher Sprache (Natural Language Processing, NLP) zielt grundlegend darauf ab, Daten in einer Sprache vorteilhaft für die Durchführung von Aufgaben in einer anderen Sprache zu nutzen. In den letzten Jahren hat dieses Paradigma des Transferlernens immer mehr an Bedeutung gewonnen. Mit dem Aufkommen großer Sprachmodelle (Large Language Models, LLMs) wie ChatGPT oder Gemini in der Öffentlichkeit hat Sprachtechnologie endgültig den Einzug in den alltäglichen Gebrauch von Hunderten von Millionen Menschen gefunden. Diese Modelle erbringen jedoch die beste Leistung, wenn sie auf Englisch gepromptet werden, und ihre Leistung nimmt erheblich ab, wenn sie in Sprachen mit einem deutlich kleineren digitalen Fußabdruck abgefragt werden, die typologisch weit von Englisch entfernt sind. Solche Leistungsunterschiede tragen folglich weiter zur digitalen Kluft bei und marginalisieren Minderheitengemeinschaften, die mit solchen Werkzeugen in unterrepräsentierten Sprachen interagieren und am meisten davon profitieren würden.
Daher benötigen wir Methoden, die sowohl robusten XLT ohne zusätzliche Zielsprachen-Daten ermöglichen als auch die eher Englisch-zentrierten LLMs schnell auf unterrepräsentierte Sprachen erweitern, um deren Unterstützung zu verbessern. Zusätzlich benötigen wir dann massiv mehrsprachige Evaluationsdaten, um die Fähigkeiten solcher Modelle vergleichend zu bewerten und letztendlich weitere Fortschritte hin zu einer wirklich inklusiven Sprachtechnologie zu katalysieren.
Motiviert durch die vorangegangenen Überlegungen tragen wir in dieser Dissertation sowohl Methoden als auch Evaluationsdaten bei, die darauf abzielen, die digitale Kluft für eine inklusivere Sprachtechnologie zu überbrücken. Unsere Beiträge lassen sich in drei Bereiche gliedern.
(1) Robuster Sprachübergreifender Transfer. Im ersten Teil stellen wir Methoden vor, die Zero-Shot-XLT (ZSXLT) und Few-Shot-XLT (FSXLT) mit massiv mehrsprachigen maskierten Sprachmodellen stabilisieren und verbessern, die auf umfangreichen Trainingsdaten in der Quellsprache, meist Englisch, feingetunt wurden. Insbesondere schlagen wir vor, die Gewichte von Modellen, die periodisch während des Trainings gespeichert wurden, zu mitteln und zeigen, dass dies sowohl zu Transfergewinnen führt als auch Leistungsschwankungen reduziert. Wir ermöglichen weiterhin die Mittelung solcher Modell-Speicherpunkte über unabhängige Trainingsdurchläufe hinweg, um zusätzliche Leistung für den XLT zu erzielen. Tatsächlich zeigen wir, dass die Mittelung aller Speicherpunkte über alle Durchläufe hinweg bei der Hyperparameter-Optimierung eine ZSXLT-Leistung ergibt, die eng mit dem idealen Transfer übereinstimmt. Idealer XLT bezieht sich auf die Maximierung der Leistung durch Modellauswahl auf zielsprachigen Validierungsdatensätzen. Unser Ansatz ist von unschätzbarem Wert, da für die Modellauswahl beim echten ZSXLT keine annotierten zielsprachigen Instanzen vorhanden sind. Sollten sie existieren, werden sie besser für das Training im FSXLT verwendet. Für dieses Paradigma besteht die konventionelle Strategie darin, zunächst auf Quellsprachen-Daten feinzutunen und das Modell dann weiter an die wenigen zielsprachigen Instanzen anzupassen. Wir zeigen, dass stattdessen das gemeinsame Training auf Quell- und Zielsprachen-Daten nicht nur die Leistung merklich steigert, sondern auch vorhersagbar zu idealem Transfer führt.
(2) Massiv Mehrsprachige Sprachadaption. Im zweiten Teil befassen wir uns mit der Sprachadaption (Language Adaptation, LA), die sich auf die nachträgliche Verbesserung der Unterstützung einer Sprache in einem vortrainierten Sprachmodell bezieht. LA ist beispielsweise entscheidend, um LLMs auf Sprachen kleinerer Gemeinschaften zu erweitern, die in der Vortrainingsphase dieser Modelle kaum oder gar nicht repräsentiert sind. Wir schlagen eine Methode vor, die Schwächen bestehender Ansätze adressiert. Diese erfordern typischerweise zusätzliches Training von beispielsweise unterstützenden fastText-Embeddings oder Modellparametern, benötigen aber dennoch langwieriges Training, um eine nahezu maximale zielsprachige Leistung zu erreichen. Wir schlagen stattdessen vor, den Encoder eines massiv mehrsprachigen Übersetzungsmodells mit dem Transformer-Rumpf eines Englisch-zentrierten, LLM-basierten Sequenz-Encoders zu fusionieren, wodurch die mehrsprachige Ausrichtung des maschinellen Übersetzungsmodells und die Fähigkeiten zum Verstehen natürlicher Sprache der LLMs miteinander verbunden werden. Unser Ansatz bietet entscheidende Vorteile. Die Fusion der Modelle erfolgt durch rein englischsprachige, selbstüberwachte Destillation und erfordert keine Daten in den Zielsprachen. Das resultierende Modell verfügt über sehr starke ZSXLT-Fähigkeiten und übertrifft signifikant einen kaskadierten Ansatz, bei dem zuerst das Übersetzungsmodell verwendet wird, um die zielsprachige Testinstanz in die Quellsprache zu übersetzen, und dann die Inferenz mit dem Englisch-zentrierten, LLM-basierten Sequenz-Encoder durchgeführt wird. Darüber hinaus zeigen wir, dass das Angleichungsverfahren nur wenige tausend Trainingsschritte erfordert, was eine dateneffiziente massiv mehrsprachige Sprachadaption darstellt.
(3) Mehrsprachige Multimodale Evaluation. Leichtgewichtige Projektionsmodule können trainiert werden, um LLMs mit Vision-Encodern zu verbinden, die Eingabebilder in einen latenten Raum einbetten. Dies erweitert LLMs wie Llama oder Qwen zu großen Bild-Sprach-Modellen (Large Vision Language Models, LVLMs). Die resultierenden LVLMs können dann Bild-Sprach-Aufgaben durchführen, wie z.B. visuelle Fragebeantwortung oder Bildbeschreibung. Bestehende Benchmarks zum Testen der mehrsprachigen Fähigkeiten von LVLMs unterstützen jedoch bestenfalls 100 Sprachen und dies nur durch Übersetzung von Evaluationsdaten aus ressourcenstarken Sprachen wie Englisch. Solche Daten enthalten oft Artefakte, die die Evaluation verzerren, wie z.B. eine übermäßige Vereinfachung oder Normalisierung des Textes. Wir stellen daher MVL-SIB vor, einen massiv mehrsprachigen Bild-Sprach-Benchmark für 205 Sprachvarianten. Der Benchmark besteht aus zwei Multiple-Choice-Aufgaben zum krossmodalen Themenabgleich: Bilder-zu-Sätzen und Sätze-zu-Bildern. In beiden Aufgaben erhält das Modell den allgemeinen Kontext auf Englisch, wie z.B. die Aufgabenbeschreibung und die Liste der gültigen Themen. Bei ersterer wählt das Modell aus vier Optionen den korrekten Satz aus, der zu den 1, 3 oder 5 Referenzbildern passt. Umgekehrt wählt das LVLM bei letzterer Aufgabe das Bild aus, das zu den 1, 3 oder 5 Referenzsätzen passt. Die Sätze werden in einer der 205 Sprachen bereitgestellt. Beim Benchmarking von LVLMs auf MVL-SIB stellen wir fest, dass die Leistung dieser Modelle erheblich nachlässt, wenn sie in den ressourcenärmsten Sprachen gepromptet werden, und bei Sprachen wie N'Ko auf Zufallsniveau liegt. Darüber hinaus ermöglicht MVL-SIB im Gegensatz zu bestehenden Benchmarks, für jede Sprache zwischen textueller und Bild-Sprach-Unterstützung zu unterscheiden. MVL-SIB erlaubt es auch, die Mehrbild-Unterstützung von LVLMs zu testen, indem die Anzahl der Referenzbilder in der Aufgabe "Bilder-zu-Sätzen" variiert wird. Wir stellen fest, dass Open-Weight-Modelle im Gegensatz zu GPT-4o-mini Schwierigkeiten haben, von mehr als einem einzelnen Referenzbild zu profitieren.
Zusammenfassend entwickeln wir Methoden, um XLT robuster und effizienter zu gestalten, LLMs an eine Vielzahl von Sprachen anzupassen und eine holistische, massiv mehrsprachige Untersuchung der Bild-Sprach-Fähigkeiten in LVLMs bereitzustellen. Wir hoffen, dass diese Beiträge weitere Arbeiten hin zu einer inklusiven Sprachtechnologie anstoßen, die Nutzern, die mit Sprachmodellen in beliebigen Sprachen interagieren, gleichberechtigt dient
Magnetic topological insulators in the context of exchange coupling mechanism
No full textDurch die Entdeckung topologischer Isolatoren als neue Materialklasse wurde in den letzten Jahren in der Wissenschaft ein neues Feld eröffnet, in dem noch viele Mechanismen und Zusammenhänge unerforscht sind. In zwei Dimensionen wird ein solches System, in dem die Ladungsträger in spinpolarisierten Randkanälen an den jeweiligen Rändern entlang entgegengesetzter Richtungen propagieren, als Quanten-Spin-Hall-Effekt bezeichnet. Durch die Induktion magnetischer Störstellen kann in einem solchen System ein ferromagnetischer Zustand etabliert und damit der Quanten-Anomale-Hall-Effekt realisiert werden, was für dotiert mit Vanadium oder Chrom bereits nachgewiesen werden konnte.
Um ein tieferes Verständnis und damit mehr Kontrolle über den Quanten-Anomalen-Hall-Effekt zu erlangen, bedarf es eines besseren Verständnisses der intrinsischen Zusammenhänge und damit dem Zusammenhang zwischen dem beobachteten ferromagnetischen Verhalten und den zugrundeliegenden Austauschmechanismen in dem Materialsystem. In magnetisch dotiertem konnte bereits eine Abhängigkeit des ferromagnetischen Zustandes von der Art der Dotierung festgestellt werden. Ebenso ist für das Ausbilden der Quanten-Anomalen-Hall-Phase die Konzentration des Trägermaterials ausschlaggebend. Ein möglicher grundlegender Mechanismus kann in der Anordnung der 3d-Störstellenzustandsdichte um die energetische Position des Ferminiveaus liegen.
Für die vorliegende Arbeit wurden spektroskopische Untersuchungen an magnetisch dotierten -Systemen im Hinblick auf die elektronischen und magnetischen Eigenschaften der Störstellen durchgeführt um im Vergleich mit Simulationen eine Zuordnung der magnetischen Wechselwirkungen zu ermöglichen. Der Fokus lag hierbei auf Dünnschichtfilmen, dotiert mit Vanadium und Chrom die mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt wurden und für die die Quanten-Anomale-Hall-Phase bereits nachgewiesen werden konnte. In den Studien der magnetischen Eigenschaften lässt sich erkennen, dass sich zwischen den Störstellen eine langreichweitige ferromagnetische Ordnung ausbildet, wobei sich für Vanadium die Magnetisierung des Grundzustandes entlang der Oberflächennormalen als bevorzugte Magnetisierungsrichtung andeutet. Im Vergleich der Störstellenarten lässt sich anhand der interpolierten Curietemperaturen, sowie der Hystereseverläufe eine robustere Ausbildung des Ferromagnetismus für Vanadiumdotierung ableiten.
Die experimentell beobachteten 3d-Störstellenzustandsdichten, die sich in beiden Systemen in energetischer Nähe des Ferminiveaus befinden, können im Vergleich mit den Simulationen den -Majoritätszuständen zugeordnet werden, die -Majoritätszuständen sowie die Minoritätszustände befinden sich oberhalb der Besetzungsgrenze. Diese Zuordnung ist ein Indiz für das Vorliegen des ferromagnetischen Superaustausches als ein zugrundeliegender Austauschmechanismus. Weiterhin ist in beiden Systemen einen Überlapp zwischen den 3d-Störstellenbändern und den p-Zuständen des Trägermaterials zu erkennen, was den magnetischen Austausch über p-d-Hybridisierung aufzeigt. Einen Unterschied zeigen die Dotierarten auf direkter Höhe des Ferminiveaus, bei dem die Zustandsdichte der Vanadiumstörstellen durch die Besetzungsgrenze abgeschnitten wird, wohingegen die Intensität der Zustandsdichte der Chromstörstellen bereits abgefallen ist. Dies ist ein Zeichen für das Auftreten des Doppelaustausches für das mit Vanadium dotierte System. Da der Doppelaustausch der Stärkste der auftretenden Kopplungsmechanismen ist, kann dies die unterschiedlich starke Ausprägung der ferromagnetischen Ordnung in den verschiedenen Systemen erklären. Eine Studie der veränderten Trägerzusammensetzung x in liefert eine starke Abhängigkeit des ferromagnetischen Zustandes von dem Kationenverhältnis, die ferromagnetische Ordnung nimmt für eine Erhöhung des Bismutanteils erheblich ab. Simulationen des Absorptionssignals könnten für eine veränderte Valenz sprechen. Simulationen der Störstellenzustandsdichte zeigen ebenfalls starke Auswirkungen auf die zugrundeliegenden Wechselwirkungen.
Ein Vergleich der Ergebnisse der Dünnschichtsysteme mit denen magnetisch dotierter Volumensysteme zeigt für die Dotierung mit Vanadium und Chrom vergleichbares Verhalten. Dotierungen der Einkristalle mit den weiteren Übergangsmetallen Mangan und Eisen zeigen zum einen die Absenz einer langreichweitigen magnetischen Ordnung. Ein Vergleich mit simulierten Verläufen lässt zum anderen erkennen, dass die Störstellenzustandsdichten hauptsächlich Majoritätscharakter aufweisen, und sich für beide Dotierarten neben den -Anteilen der Majoritätszustände auch die -Anteile innerhalb der besetzten Zustände befinden, für Eisen sogar die Ausläufer des -Minoritätsbandes.The discovery of topological insulators as a new class of material has opened up a new field in scientific research, bringing with it many exciting questions. In two dimensions, such a system, in which the charge carriers propagate in spinpolarized edge channels at the respective edges along opposite directions, is known as quantum spin Hall effect. Inducing magnetic impurity states establishes a ferromagnetic state and can thus realize the quantum anomalous Hall effect, which could already be shown in experimental studies for , doped with vanadium and chromium.
To gain a deeper understanding and thus more control over the quantum anomalous Hall phase it needs a better understanding of the intrinsic correlations and bringing with it the interplay between the ferromagnetic behavior and the underlying exchange mechanisms in the material system. Magnetically doped already proved a dependence of the ferromagnetic state on different impurity materials. Moreover the concentration of the host material is crucial for the formation of the quantum anomalous Hall phase. As a possible coupling mechanism the formation of the impurity 3d density of states in the energetic region of the fermienergy was postulated.
For this work spectroscopic studies on magnetically doped systems were conducted focusing on the electronic and magnetic properties of the impurity states. Possible assignments of the magnetic coupling were made by comparing the experimental results with simulations. Mainly studied were thin films doped with vanadium and chromium, that were grown by molecular beam epitaxy and which successfully demonstrated the quantum anomalous Hall phase.
By studying the magnetic properties of the systems a longrange magnetic coupling between the impurity states can be shown. For the vanadium impurities the magnetization direction of the ground state could be indicated along the surface normal. Comparing the interpolated Curie temperatures as well as the hysteresis curves vanadium is to stabilize a more robust ferromagnetic state than chromium.
The experimental 3d impurity density of states, which is in the energetic region of the Fermi energy for both systems, can be assigned to the majority states by means of the simulated dispersion, the majority states as well as the minority states are positioned within the unoccupied states. This assignment indicates the presence of ferromagnetic superexchange as an underlying exchange mechanism. Furthermore in both systems an overlap between impurity 3d states and the p states of the host material can be detected, which shows the magnetic exchange via p-d hybridization. Setting the two types of doping apart, in the vicinity of the Fermi level the density of states of the vanadium impurities experiences the limitation of the Fermi energy whereas the intensity of the chromium impurity band had already decreased. This is an indication for the double exchange mechanism in the vanadium doped system. With the double exchange being the strongest of the occurring exchange mechanism, this can explain the difference in the strength of the ferromagnetic coupling in the two systems. A series of variation of the host stoichiometry x in shows a strong dependence of the ferromagnetic state on the cation ratio, ferromagnetic ordering decreases for increasing bismuth ratio. Simulations of the absorption signal could indicate a change in the valence. Simulations of the impurity density of states show strong effects on the underlying exchange mechanism as well.
Comparing the results of studies on thin films with those of magnetically doped volume systems show similar behavior for both vanadium and chromium doping. Additional studies on single crystals doped with manganese and iron show the absence of a longrange magnetic order. In comparison to simulations the impurity density of states can be assigned to exhibit mainly majority character for both doping types. Next to the states also parts of the majority states can be found within the occupied states and for iron even minority states penetrate the occupied states
KI-SENS: AI-Based Sensor System for Space Observation using Small Satellites
No full textWith the rapid growth in the number of satellites in orbit, precise orbit determination has become increasingly important. Current estimates suggest that approximately 1.2 million objects between 1 cm and 10 cm are present in space, most of which remain uncatalogued. Space-based observations of RSO could extend the capabilities of current ground-based observations.
The main objective of project KI-SENS was to develop an intelligent, optical sensor systems for space observation, which is tailored to the requirements of small satellites. This system was designed as a small satellite payload and tested on the ground. To this end, suitable test facilities were set up and operated as part of the project to enable testing and validation of the technologies. To test and develop detection algorithms, an optical SSA observation station was built at the University Würzburg. A central focus of the project was the exploration of how AI technologies can enhance the performance of such sensor systems.
A substantial part of the work on the project was carried out on a voluntary basis by dedicated students from the student association WüSpace e. V
Benchmarking von Lokalisierung- und Personendetektionalgorithmen für mobilen Roboter in industriellen Umgebungen
No full textSince the introduction of the first autonomous mobile robot in the 1950s [Lab08], significant
development has been achieved, leading to this field’s maturity. Mobile robots have been
applied in several fields, from households to aerial, underwater, and industrial environments
[SNS11]. These mobile robots no longer require wired guiding, enabling flexibility for tasks
such as autonomous pick-up and delivery and boosting production efficiency [SNS11]. The
market for industrial mobile robots is expected to grow steadily, surpassing the 10 Billion USD
mark by 2028 [RES].
To achieve autonomous capabilities, a mobile robot must know its current location and avoid
contact with factory workers. Researchers have created many solutions to localize mobile
robots with different sensor types and algorithms [SNS11]. Therefore, it is challenging to pick
the right sensor(s) and algorithm(s) for a specific accuracy requirement. In recent years, a large
number of datasets for localization have been made available. However, the focus is missing
out on industrial scenarios.
To evaluate an algorithm’s performance, a user has to choose from different metrics, which
provide insight into various aspects of the localization ability, adding further complexity.
Similar to localization, the task of reliable people detection has been the focus of vast research,
leaving the user again with a larger number of algorithms, sensors, and evaluation metrics to
choose from.
As in both fields, mobile robot localization and people detection, a benchmark suit combining
industrial datasets and evaluation metrics is currently missing; newly developed algorithms are
often only compared on custom datasets [SFB+21]. Moreover, it is quite expensive to recreate
datasets as systems providing ground truth come at price tags of 20000 USD to cover an area
of 50 m2 [Inc]. One way to bypass this issue is to utilize simulation, which requires realistic
modeling of environments and sensors.Seit der Entwicklung der ersten autonomen mobilen Roboter in den 1950ern hat sich der Bereich erheblich weiterentwickelt und einen gewissen Reifegrad erreicht. Mobile Roboter haben manigfaltige Anwendungsgebiete gefunden, vom Haushalt bis zur Luftfahrt, Unterwasser oder in industriellen Umgebungen [SNS11]. Die heutigen Roboter benötigen keine drahtgebundene Führung mehr, was ihren flexiblen Einsatz zum Beispiel für das autonome Aufnehmen und Liefern ermöglicht und erhebliche Produktivitätssteigerungen ermöglicht.[SNS11]. Es wird ein kontinuierliches Wachstum des Markts für industrielle mobile Robotik erwartet, was mit dem Erreichen eines Marktumfangs von 10 Milliarden US-Dollar im Jahr 2028 einhergeht [RES]. Für seine autonomen Fähigkeiten muss ein Roboter sich seiner aktuellen Position bewusst sein und Kollisionen mit Arbeiten vermeiden. Forscher haben eine Vielzahl an Lösungen für die Lokalisierung von mobilen Robotern mit verschiedenen Sensoren und Algorithmen entwickelt [SNS11]. Dies macht es zu einer schwierigen Aufgabe für den Anwender, den richtigen Sensor und Algorithmus für eine gewünschte Genauigkeit zu finden. In den vergangenen Jahren wurde eine große Anzahl von Datensätzen für Lokalisierung verfügbar gemacht. Allerdings lag bisher kein Fokus auf industriellen Szenarien. Um die Leistung eines Algorithmus zu bewerten, muss der Anwender aus verschiedenen Metriken, welche unterschiedliche Einblicke in die verschiedenen Aspekte der Lokalisierung bieten, wählen, was zur weiteren Komplexität beiträgt. Wie bei der Lokalisierungsthematik wurde auch umfangreiche Forschungsarbeit im Bereich der sicheren Personendetektion betrieben. Der Nutzer muss auch hier aus einer großen Anzahl von Algorithmen, Sensoren und Metriken wählen. In beiden Bereichen, der mobilen Roboterlokalisierung und der Personendetektion, fehlte es an einer Benchmark-Suite die industrielle Datensätze und Metriken zur Evaluation zusammenbringt, daher werden neu entwickelte Algorithmen oft nur auf eigenen Datensätzen evaluiert [SFB+21]. Darüber hinaus ist das Rekonstruieren von Datensätzen sehr kostenintensiv, da ein System für das Erzeugen von Ground Truth bereits 2000 US-Dollar kostet, um einen Bereich von 50 m2 abzudecken [Inc]. Eine Möglichkeit, um dieses Problem zu umgehen, ist Simulation, die aber realistisches Modellieren der Umgebung und der Sensoren erfordert
Results of the second survey of the STAAB-COVID study – Point prevalence, symptom burden, and determinants of SARS-CoV-2 in a regional, national, and international comparison
No full textSeit dem Frühjahr 2020 stellte das „Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Type 2“ (SARS-CoV-2) die Menschheit vor eine massive gesundheitliche Bedrohung. Bereits wenige Monate nach dem erstmaligen Auftreten des Virus wurde eine Pandemie ausgerufen. In dieser epidemiologischen Studie wurde das Infektionsgeschehen mittels quantitativer statistischer Analyse untersucht.
Die Ziele der hier vorgelegten Arbeit waren:
(1) Determinanten zu finden, die zu einer erhöhten Suszeptibilität einer SARS-CoV-2 Infektion führen. Dabei lag der Fokus insbesondere auf kardiovaskulären Risikofaktoren sowie präventivem Gesundheitsverhalten im Sinne eines „gesunden und aktiven Lebensstils“;
(2) durch Abgleich mit offiziellen Daten aus dem regionalen Gesundheitsamt die Dunkelziffer der SARS-CoV-2 Infektion zu bestimmen.
(3) zu analysieren, ob sich ein Zusammenhang zwischen Symptom- und Viruslast herstellen lässt.
Zur Untersuchung dieser Fragestellungen bot sich die STAAB-Kohorte an, eine im Würzburger Raum seit 2013 bestehende repräsentative populationsbasierte Kohorte. Das STAAB Kollektiv war umfänglich charakterisiert und umfasste zu Beginn des STAAB-COVID Projektes 4,860 Probanden. Das Studiendesign der STAAB-COVID Substudie war eine iterative Querschnittstudie mit drei prospektiv geplanten Erhebungszeitpunkten („Snapshots“). Diese Arbeit behandelte den zweiten Erhebungszeitpunkt (Stichtag 14.3.2022), zu dem 2,288 Probanden einwilligten.
Die Punktprävalenz innerhalb der STAAB-COVID-Kohorte lag beim zweiten Erhebungszeitpunkt bei 4,5%. Die vergleichend errechnete und angenäherte Punktprävalenz aus den Daten des Gesundheits- und Einwohnermeldeamtes Würzburg lag über ein Alter von 35 bis 84 Jahre hinweg, zwischen 3,5% und 4,1% (je nach Berechnungszeitraum, s. Kapitel 4.2.1). Daraus ergab sich eine näherungsweise Dunkelziffer von 0,4% bis 1%. Insgesamt war die so errechnete Dunkelziffer bei Männern (0,6% bis 1,2%) etwas höher als bei Frauen (0,3% bis 0,9%). Die höchste Dunkelziffer fand sich mit 4,7% bis 5,7% in der Altersgruppe „weiblich 30 bis 34 Jahre“.
Somit konnten, wie durch theoretische Überlegungen bereits vermutet, Dunkelziffern bestätigt und quantifiziert werden. Dies ist bedeutsam, da die Darstellung auf Basis einer repräsentativen Stichprobe, also ohne rein mathematische Näherung gelungen ist. Dies ist eine Bestätigung der angewandten Methodik, sie ließe sich auf vergleichbare Forschungsarbeiten übertragen.
Unter allen Probanden hatten 104 Probanden ein positives Abstrichergebnis. Die häufigsten Symptome innerhalb dieser Gruppe waren eine „verstopfte oder laufende Nase“ (n=75; 72%), „Halsschmerzen“ (n=68; 65%) und „Husten“ (n=63; 61%). Die mittlere Anzahl an Symptomen lag bei 4,36. Eine Korrelation zwischen der Zahl der Symptome und der Viruslast, gemessen durch den ct-Wert, konnte nicht hergestellt werden. Demnach ließ die Symptomanzahl in der vorliegenden Arbeit keinen Rückschluss auf die Viruslast zu. Es ist unwahrscheinlich, dass eine Abhängigkeit besteht und in fortfolgenden Forschungsarbeiten ist diesbezüglich vermutlich auch kein Hinweis zu erwarten. Auch eine erhöhte Suszeptibilität für SARS-COVID bei Personen mit kardiovaskulären Risikofaktoren, mit Vorerkrankungen oder mit höheren Punktwerten in Scores der psychosozialen Gesundheit konnte sich nicht herstellen lassen.
Eine statistisch signifikante inverse Assoziation fand sich jedoch zwischen dem Alter und einem positiven Abstrichergebnis: mit steigendem Alter nahmen die Infektionszahlen ab. Eine Bestätigung dieser Beobachtung sowie die Untersuchung kausaler Abhängigkeiten könnte in fortfolgenden Studien mit höheren Fallzahlen an positiven Abstrichergebnissen erfolgen. Es wäre interessant zu ermitteln, worauf eine geringere Infektionshäufigkeit mit steigendem Alter zurückzuführen ist. Möglicherweise könnten solche Erkenntnisse bei der Festlegung von Präventionsmaßnahmen bei zukünftigen Pandemien helfen.Since spring 2020, severe acute respiratory syndrome coronavirus type 2 (SARS-CoV-2) has been a massive health threat to humanity. Just a few months after the virus first appeared, a pandemic was declared. In this epidemiological study, the pandemic situation was examined using quantitative statistical analysis.
The objectives of this study were:
(1) To identify determinants that lead to increased susceptibility to SARS-CoV-2 infection. The focus was particularly on cardiovascular risk factors and preventive health behavior in the context of a “healthy and active lifestyle.”
(2) To determine the number of unreported cases of SARS-CoV-2 infection by comparing official data from the regional health department.
(3) To analyze whether a correlation between symptoms and viral load could be identified.
The STAAB cohort, a representative population-based cohort established in the Würzburg area in 2013, was ideal for examining these questions. The STAAB collective was extensively characterized and included 4,860 probands at the start of the STAAB-COVID project. The study design of the STAAB-COVID sub-study was an iterative cross-sectional study with three planned survey dates (“snapshots”). This study addressed the second survey date ( on March 14, 2022), for which 2,288 probands participated.
The point prevalence within the STAAB-COVID cohort was 4.5% at the second survey date. The comparatively calculated and approximated point prevalence from the data of the Würzburg Health and Residents' Registration Office was between 3.5% and 4.1% for ages 35 to 84 (depending on the calculation period, see Chapter 4.2.1). This resulted in an approximate number of unreported cases of 0.4% to 1%. Overall, the estimated number of unreported cases was slightly higher for men (0.6% to 1.2%) than for women (0.3% to 0.9%). The highest number of unreported cases was found in the age group “female 30 to 34 years” at 4.7% to 5.7%.
Thus, as already suspected on the basis of theoretical considerations, the number of unreported cases could be confirmed and quantified. This is remarkable because the figures are based on a representative sample, i.e., without a mathematical approximation. This validate the methodology used, which could be transferred to comparable research projects.
Out of all the probands, 104 had a positive test result. The most common symptoms within this group were a “stuffy or runny nose” (n=75; 72%), “sore throat” (n=68; 65%), and “cough” (n=63; 61%). The mean number of symptoms was 4.36. No correlation could be identified between the number of symptoms and the viral load, as measured by the ct value. This means that the number of symptoms in this study did not allow any conclusions about the viral load. It is unlikely that there is a correlation, and further studies are unlikely to provide any evidence of this. Similarly, no increased susceptibility to SARS-COVID could be identified in probands with cardiovascular risk factors, chronical diseases, or higher scores in psychosocial health assessments.
However, a statistically significant inverse association was found between age and a positive test result: the number of infections decreased with increasing age. This result could be confirmed and the causality could be examined in future studies with a higher number of positive test results. It would be interesting to determine why the incidence of infection decreases with age. Such findings could potentially help in determining preventive measures in future pandemics