STUFOEXPO 2024

© Julia Galley

Fakultät Architektur, Technische Universität Dresden, Arch4Health Student Research Lab

Elemente von Leit- und Orientierungssystemen (LOS) sind in Innenräumen häufig an Wänden angebracht - selten an Decken oder auf Böden. Für die Ausgestaltung von LOS in Schulen gibt es bisher keine fundierten Studien, welche die Blickwinkel von Schüler:innen untersuchen. Untersucht wurde der Blickwinkel auf Elemente von LOS. Ziel der Forschung ist, die drei raumbegrenzenden Flächen Boden, Wand und Decke in den Fokus zu nehmen und die für Schüler:innen am besten geeignete Positionierungsmöglichkeit zu ermitteln. Es wurde eine Foto-Safari mit acht Schüler:innen der Klassen acht, neun und zehn im Julius-Ambrosius-Hülße-Gymnasium (JAH) durchgeführt. Aus den aufgenommenen Fotos konnten wichtige Knotenpunkte analysiert werden. Für die Knotenpunkte wurden je drei variierende Darstellungen erstellt mit Markierungen an Boden, Wand oder Decke. Diese Varianten der Positionierung wurden mittels einer Umfrage auf ihre Eignung aus den Blickwinkeln von Schüler:innen überprüft.

Die Umfrage mit 67 Teilnehmenden zeigte, dass die Wand zur Positionierung von Leitschildern für rund 61 % und der Boden für rund 32 % der Schüler:innen am besten geeignet ist. Die alleinige Positionierung von LOS-Elementen an Wänden genügt nicht. Zur Gestaltung wird ein mehrfaches Anbringen an mindestens zwei unterschiedlichen Flächen empfohlen. Die Erforschung der Positionierungsmöglichkeiten im dreidimensionalen Raum ist notwendig, um die Verständlichkeit der LOS für alle Nutzergruppen zu erhöhen. Bestimmte räumliche Situationen erfordern individuelle Lösungen zur Positionierung der LOS-Elemente.

© Julia Galley

Fakultät Umweltwissenschaften, Technische Universität Dresden

The goal of this study was to develop deep learning models for forecasting the likelihood of wildfire outbreaks and to assess the prediction potential of various techniques in Saxony, Germany. This study enhanced the literature in four main ways: (1) It evaluated the effectiveness of four deep learning models in mapping complicated wildfire-prone terrain. (2) it assessed the feasibility of using the algorithm to improve their accuracy and reliability; (3) it generated a spatial prediction of wildfire susceptibility in Saxony, Germany; and (4) it expanded our knowledge of wildfire modeling by identifying the most influential topographic, meteorological, and vegetation-related factors on mapping wildfire-prone areas.

Overall, 323 historical wildfires were found on the Saxony. 70% of the events were randomly chosen to generate the models, with the remaining 30% utilized for validation. The proposed models and detection of fire-prone areas were based on ten influencing factors: elevation, aspect, slope, aspect, topographic wetness index, mean annual wind speed, mean annual air temperature, mean monthly rainfall, distance to the river, and normalized difference vegetation index.

The wildfire susceptibility map produced by this study enables land-use planners and decision-makers to (1) identify regions that require wildfire prevention measures and (2) adopt a proactive approach to reducing the impact of wildfires on human lives, property, and the environment.

© Julia Galley

Fakultät Bauingenieurwesen, Technische Universität Dresden

In diesem Beitrag wird untersucht, wie sich Ultraschallsignale in selbstverdichtendem Beton verhalten, um Belastungen und Ermüdungserscheinungen in Brücken besser zu verstehen. Dies ist relevant, um die strukturelle Integrität und Sicherheit von Brücken, die ständigen Belastungen ausgesetzt sind, zu bewerten. Ziel der Studie ist es, den Energietransport elastischer Wellen im Beton zu verstehen und die Materialveränderungen unter Ermüdungsbelastungen zu charakterisieren, um die Lebensdauer von Brücken besser vorhersagen zu können.

Zur Lösung des Energietransportproblems wurden analytische und numerische Ansätze verwendet, letzterer basierend auf der Monte-Carlo-Methode. Die Analyse konzentrierte sich auf Ultraschallsignale im Bereich von 200 bis 800 kHz. Parameter wie Anfangsenergie (E0), durchschnittliche freie Weglänge (ls) und Absorptionslänge (la) wurden zur Charakterisierung der Wellenstreuung im Beton herangezogen.

Die vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass der Energietransport sowohl direkte (ballistische) als auch verstreute (diffuse) Komponenten enthält. Bei unbeschädigten Proben dominiert der direkte Anteil, während bei stark beschädigten Proben der verstreute Anteil überwiegt. Veränderungen der Steifigkeit und der Energietransportparameter während der Ermüdungstests wurden anhand bekannter Parameter wie statischem und dynamischem Elastizitätsmodul sowie E0, ls und la beschrieben.

Durch die Analyse der Ultraschallsignale und die Anwendung des Modells könnten Ingenieure den Zustand von Brücken besser überwachen und Vorhersagen über die Entwicklung von Ermüdung und Schäden treffen. Dies ist entscheidend für die langfristige Sicherheit und Langlebigkeit von Brücken. Zukünftige Forschungen könnten diese Methoden weiter verfeinern und auf andere Bauwerke anwenden.

© Julia Galley

Fakultät Bauingenieurwesen, Technische Universität Dresden

Der Bausektor in Deutschland verursacht 55 % aller Abfälle und verbraucht 70 % der nicht-nachwachsenden Rohstoffe. Es ist dringend notwendig, diese Zahlen zu reduzieren, um eine nachhaltige Zukunft  zu ermöglichen.

Eine vielversprechende Strategie zur Ressourceneinsparung und Abfallvermeidung ist die Integration des Kreislaufgedankens, wie das Auseinanderbauen und Wiederverwenden von Bauteilen. Derzeit fehlt es an Möglichkeiten, die Gebäude-Kreislauffähigkeit zu bewerten, was die Umsetzung in der Planungsphase erschwert.

Ziel der Diplomarbeit war es, Kriterien zur Beurteilung der Kreislauffähigkeit von Gebäuden zusammenzustellen, vorhandene Tools zu bewerten und Lösungsvorschläge zu entwickeln.

Ausgangspunkt der Arbeit war eine Literaturanalyse der Kreislaufwirtschaft im Bausektor hinsichtlich ihrer Potenziale. Aufbauend darauf wurden Kernprobleme mit den verschiedenen Ansätzen zur Kreislaufwirtschaft  zu einem umfassenden Bewertungskatalog zusammengeführt. Anhand des Katalogs wurden drei relevante Bewertungstools für Kreislauffähigkeit von Gebäuden analysiert und bewertet.

Die Ergebnisse umfassen die Identifikation von Stärken und Schwächen dieser Tools und zeigen Unterschiede auf. Es wurden Lösungsvorschläge erarbeitet, die zu einer qualitativeren Bewertbarkeit der Kreislauffähigkeit bereits während der Planungsphase führen. Die Arbeit liefert somit eine fundierte Basis für ein optimiertes Abfall- und Ressourcenmanagement im Bausektor.

© Julia Galley

Fakultät Biologie, Technische Universität Dresden

Männliche Nilbuntbarsche unterliegen einer strengen sozialen Hierarche. Die Unterdrückung geht so weit, dass rangniedrige Männchen kein Sperma mehr produzieren. Grund dafür sind erhöhte Werte des Hormons AMH, wodurch die Produktion von Sperma unterbunden wird.  

Doch wodurch wird nun AMH kontrolliert? Ein Kandidat hierfür sind microRNAs, sprichwörtlich sehr kleine RNAs. Ziel meiner Bachelorarbeit war es die Auswirkungen eine dieser microRNAs zu testen. In der Idee einfach: dem Fisch injizieren und schauen wie viel Sperma er produziert. So einfach ist es aber leider nicht. Daher musste eine primäre Zellkultur etabliert werden, hierzu wurden Hoden mit Enzymen aufgelöst um eine Art „Zellsuppe“ zu erhalten. An diesen Zellen konnte nun die microRNA getestet werden. Die Proben wurden anschließend aufwendig aufgereinigt, um die AMH Mengen mittels PCR bestimmen zu können. Und tatsächlich! Die getestete microRNA reguliert das AMH.  

Doch wozu das alles? Nilbuntbarsche sind wichtige Speisefische, besser bekannt als Tilapia, sodass  es wichtig ist ihre Reproduktion zu verstehen. Grundsätzlich handelt es sich hierbei um Grundlagenforschung, perspektivisch könnten die gewonnen Erkenntnisse in der Aquakultur Anwendung finden, um di Zucht zu optimieren.  

Außerdem ist das AMH Hormon sowie die getestete microRNA auch bei uns Menschen zu finden, daher könnte das erlangte Wissen über die Regulation von Hormonen durch microRNAs auch für uns einmal relevant werden. 

© Julia Galley

Fakultät Psychologie, Technische Universität Dresden

Jeder Mensch besitzt innere Anteile, die verschiedene Perspektiven und Facetten der eigenen Persönlichkeit repräsentieren. Diese inneren Anteile wie beispielsweise das „Abenteuer-Ich“ oder der „Familienmensch“ beeinflussen nicht nur unser Denken und Verhalten, sondern spielen auch eine zentrale Rolle bei Entscheidungsprozessen. Sie bringen unterschiedliche innere Sichtweisen hervor, die durch eigene Wünsche, Werte und emotionale Ausdrucksweisen geprägt sind. Diese Studie untersucht, ob sich die inneren Anteile nicht nur auf kognitiver Ebene manifestieren, sondern auch physiologisch messbar sind. 

Im Fokus stehen dabei Unterschiede in der emotionalen Aktivierung, einer Dimension von Emotionalität. Da sich diese auf Stimmproduktionsmechanismen auswirkt, ist die Stimmgrundfrequenz (f0), welche die hörbare Stimmhöhe reflektiert, ein guter Indikator.  Das Ziel dieser Studie ist, zu analysieren, inwiefern sich Unterschiede der emotionalen Aktivierung in der f0 widerspiegeln. 

Dafür wurden Videos analysiert, in denen Proband:innen zu ihren inneren Anteilen interviewt wurden und sich emotional in diese hineinversetzen sollten. Die f0 wurde extrahiert und die mittlere f0 (mean), der f0 Bereich (range) und die f0 Variabilität (variability) als Parameter verwendet. Mittels Varianzanalyse wurden Unterschiede zwischen den inneren Anteilen je Parameter untersucht.  

Die Effektstärken für die mittlere f0 sowie für die f0-Variabilität liegen an der Grenze zwischen klein und mittelgroß, während die Effektstärke für den f0-Bereich mittelgroß ist.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Stimmgrundfrequenz hinsichtlich Mittelwert, Bereich und Variabilität zwischen inneren Anteilen unterscheidet, abhängig von der emotionalen Aktivierung. Dies stärkt die Theorie der inneren Anteile, da messbare Unterschiede in der Emotionalität im Hinblick auf die emotionale Aktivierung vorliegen. Außerdem könnte dies ein wichtiger Ansatzpunkt sein, zu untersuchen, wie die Stimme als Komponente in der systemischen Therapie mit inneren Anteilen genutzt werden kann. 

© Julia Galley

Fakultät Erziehungswissenschaften, Technische Universität Dresden

In der Teilchenphysik existieren für zentrale Begriffe oftmals Synonyme. Beispielsweise wird für Botenteilchen die Bezeichnung Austauschteilchen oder Eichboson genutzt. Im Englischen finden sich analog force carrier, messenger particles oder gauge bosons. Es fehlt bisher an Übersichten über die Nutzung einzelner Termini, wie diese Begriffe im Deutschen und Englischen verwendet werden sowie welche Begründungen und Verstehenskontexte eine Rolle spielen. 

Ein Ziel der Staatsexamensarbeit ist es, ausgewählte Begriffe in der Teilchenphysik in Bezug auf ihrer Verwendung und der damit verbundenen Nutzungsbegründung zu beleuchten. Zum anderen liegt der Fokus der Arbeit im Aufzeigen des Nutzens der Kognitiven Linguistik sowie der Framesemantik für die physikdidaktische Forschung. 
Das Forschungsdesign orientiert sich an Methoden der qualitativen Forschung.

Die Datenerhebung erfolgt auf zwei Wegen: Zum einen über eine computergestützte Dokumentenanalyse ausgewählter Fachbücher der Teilchenphysik in deutscher und englischer Sprache; zum anderen mit leitfadengestützten Expert:inneninterviews.

 
Die Ergebnisse der Dokumentenanalyse zeigen, dass es einzelne Begriffe gibt, welche deutlich häufiger verwendet werden bzw. dass manche Begriffe lediglich von einzelnen Autor:innen bevorzugt werden. Mit Hinblick auf die Einstellung ggü. Bestimmter Begriffe zeigt sich, dass  Interviewpartner:innen mit fachdidaktischem (educational research) Hintergrund andere Begriffe präferieren als reine Physiker:innen. 

HIER FEHLT NOCH EINE GRAFIK UND ETWAS TEXT!

© Julia Galley

Fakultät Sprach-, Literatur- und Kulturwissenschaften, Technische Universität Dresden

Die Schilderung exzessiv wirkender Emotionalität in mittelalterlichen Werken mag befremdlich wirken: Figuren werden buchstäblich krank vor minne (heute würden wir vielleicht Liebe sagen). Aus minne zu einem Freund werden die eigenen Kinder umgebracht, damit dieser durch ein Blutbad  geheilt werden kann. So ist es zum Beispiel im circa 1273/74 geschriebenen ,Engelhard' Konrads von Würzburg. Auch Gewalt, als Minneritter im Turnier, beim Gottesurteil oder zur Machtdemonstration, werden häufig mit scheinbar maßlosen Emotionen in Verbindung gebracht.  

Nun scheint die These einer primitiven mittelalterlichen Gesellschaft, die ihre sogenannten Affekte nicht unter Kontrolle hat, überholt. Der Beitrag soll in Abgrenzung dazu danach fragen, welche Funktionen Emotionen und ihre Schilderung erfüllen kann, selbst wenn sie unkontrolliert und gar kontrollierend auftreten. Ausgehend von den Lexemen minne (Liebe), zorn (Zorn) und nît (Neid) lassen sich die Semantiken und Narrativierungen der Emotionen, für die sie einstehen, semasiologisch untersuchen und im Close Reading des Werkes interpretieren. Im Vordergrund kann dabei die für das Mittelalter enorme Normverletzung stehen: Der Protagonist Engelhard, ein niederer Adliger, schläft mit der Königstochter Engeltrut und steigt, anstatt hingerichtet zu werden, zum König von Dänemark auf.

 
Es soll gezeigt werden, dass nicht unerheblich zur Bewertung von Engelhards Verantwortung beiträgt, wie seine und anderer Emotionen ausgedrückt, erzählt und sowohl auf Ebene von den Figuren als auch vom Erzähler bewertet werden. Letztlich ergibt sich aber auch, dass literarische Narrative nicht nur je historisch variable Konzeptionen von Emotionen wie der Liebe hervorbringen, sondern diese bis in die Gegenwart auch im Alltag wirkmächtig sind. (Es heißt manchmal, die Liebe 
sei in der Literatur des Mittelalters erfunden worden.) 

© Julia Galley

Fakultät Erziehungswissenschaften, Technische Universität Dresden

Die vorliegende Forschungsarbeit, durchgeführt im Rahmen einer Masterarbeit, widmet sich der Untersuchung der Erfahrungen von Expatriates und ihren Angehörigen bei der Ankunft und Integration in Sachsen. Der Schwerpunkt liegt auf der Analyse der spezifischen Herausforderungen, denen sie in der Beheimatung in Sachsen gegenüberstehen. 

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, durch den Vergleich der Erwartungen von Expatriates mit den tatsächlich erlebten Lebensumständen jene Bereiche zu identifizieren, in denen zusätzliche Unterstützungsmaßnahmen seitens der Organisationen erforderlich sind. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, die Integration und das Ankommen der Expatriates und ihrer Familien zu erleichtern. Angesichts des akuten Fachkräftemangels und des signifikanten Wachstums in der sächsischen Mikrochip-Industrie ist die Thematik von hoher Relevanz für die Praxis. 

Die Datenerhebung erfolgt mittels qualitativer Interviews mit Expatriates und ihren Angehörigen sowie Experteninterviews mit Verantwortlichen der Personalbetreuung der Unternehmen. Eine ergänzende Dokumentenanalyse dient der Untersuchung der Reichweite der organisationalen Unterstützungsmaßnahmen. Die gewonnenen Daten werden anhand einer qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. 

Obwohl sich die Analyse noch im Prozess befindet, zeichnen sich bereits aufschlussreiche Erkenntnisse ab: 

• Spracherwerb, Bürokratie und Wohnungssuche bestätigen sich als primäre Herausforderungen, wobei die Unternehmen in diesen Bereichen bereits substanzielle Unterstützung leisten. 
• Weiterer Unterstützungsbedarf manifestiert sich für die PartnerInnen beim Aufbau beruflicher und sozialer Netzwerke sowie der beruflichen Integration. 
• Die Expatriate-Population unterliegt einem Wandel hin zu mehr weiblichen, jüngeren und diverseren Fachkräften. Viele absolvieren als internationale Studierende ihr Studium  in Sachsen und streben danach eine Anstellung an. Es gilt zu untersuchen, inwieweit Unternehmen sie als bereits integriert wahrnehmen und bereit sind, in deren gezielte Förderung zu investieren. 

Basierend auf den finalen Ergebnissen wird ein Leitfaden mit evidenzbasierten Empfehlungen für die Betreuung von Expatriates und ihren Familien erstellt. Dieser soll zur Optimierung der Integrationsprozesse und des Employer Branding der Unternehmen beitragen. 

© Julia Galley

Fakultät Erziehungswissenschaften, Technische Universität Dresden

Naturwissenschaftliche Modelle sind Grundlage für das Beschreiben, Kommunizieren sowie Ableiten neuer Hypothesen über Stoffe und deren Eigenschaften. Das Lernen mit und über Modelle als Werkzeuge der Erkenntnisgewinnung ist demnach fest in die naturwissenschaftliche Bildung verankert.

Untersuchungsgegenstand fachdidaktischer Forschung ist unter anderem, wie das Modellieren in den naturwissenschaftlichen Unterricht eingebunden werden kann und inwiefern es Lernenden hilft, die Funktionen von Modellen besser zu verstehen und fachsprachlich richtig zu argumentieren.1, 21
 
Grundlage dieser Forschungsarbeit ist daher eine Lehr-Lern-Einheit, die im Rahmen eines studentischen Projektes entwickelt wurde und Lernende der Klasse sieben selbstständig den Modellierprozess am Beispiel des Kern-Hülle- und Elektronengasmodells erleben lässt. 

Ziel war es anschließend, über ein offenes Aufgabenformat (Transferaufgaben) zu untersuchen, inwiefern die Lernenden die Modelle nutzen, um Erkenntnisse über ihnen noch unbekannte Stoffe und Phänomene abzuleiten. Zusätzlich wurden während der Erarbeitungsphase Audioaufnahmen erstellt, um mögliche Zusammenhänge zwischen den Vorstellungen der Lernenden während der Erarbeitungsphase und ihren Antworten in den Transferaufgaben festzustellen. Die Datenauswertung erfolgte nach dem Prinzip der qualitativen Inhaltsanalyse mittels induktiv und deduktiv erstellter Kodierleitfäden.
 
Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der Lernenden über verschiedene alternative Vorstellungen der Prozesse auf Teilchenebene verfügt und/oder diese nicht ausreichend differenziert beschreiben kann. Dazu zählen, zum Beispiel, das Vermischen zwischen Prozessen der Modell- und Erscheinungswelt („Die Teilchen werden flüssig“) oder die fehlende Differenzierung von Atom- und Metallgitterebene („Im Metall ziehen sich Protonen und Elektronen an“). Für einige Lernende waren Zusammenhänge zwischen ihren Vorstellungen während der Erarbeitungsphase und ihren Antworten in den Transferaufgaben erkennbar.  

Die identifizierten (alternativen) Vorstellungen sind jetzt Ausgangspunkt der Überarbeitung der Lehr-Lern-Einheit. Anschließende Untersuchungen könnten sich auf die Entwicklung adaptiver Lernumgebungen konzentrieren, die an den individuellen Vorstellungen der Lernenden anknüpfen. 

© Julia Galley

Philosophische Fakultät, Technische Universität Dresden

Unter Transhumanismus versteht man den Versuch die menschlichen Fähigkeiten durch beispielsweise kybernetische oder genetische Modifikationen substanziell zu erweitern. Bei der Diskussion wird sich allerdings häufig auf die Auswirkungen auf Individuen konzentriert, die Gesellschaft als Ganzes rückt hingegen oftmals in den Hintergrund.  

In der Forschungsarbeit liegt der Fokus hingegen auf den gesellschaftlichen Auswirkungen, insbesondere dem Phänomen der Diskriminierung.  Um Aussagen über  das Verhalten modifizierter Menschen wissenschaftlich begründen zu können, müssen deren Verbesserungen auf diejenigen begrenzt werden, die nur unwesentlichen Einfluss auf das menschliche Denken haben, wie beispielsweiße ein kybernetischer Arm. Außerdem müssen in der Gesellschaft sowohl modifizierte als auch nicht modifizierte Menschen in signifikanten Anteilen vorhanden sein. Diese Einschränkungen erlauben es Forschungsarbeiten aus dem Bereich der Psychologie und Soziologie zu nutzen, um das Verhalten der Personen und damit der Gesellschaft zu antizipieren.

Die Arbeit selbst beschäftigt sich in erster Linie damit aufzuzeigen, inwiefern der Transhumanismus dieselben Umgebungsbedingungen schafft, die in einer menschlichen Gesellschaft bereits zu Diskriminierung führen. Aufgrund der Voraussetzungen kann dann angenommen werden, dass die neue gemischte Gesellschaft auf dieselbe, oder zumindest ähnliche Art und Weise reagiert, was erneut zu Diskriminierung führen wird. 

Dabei hat sich herausgestellt, dass in vielen gesellschaftlichen Bereichen Situationen entstehen, in denen es gar keine Möglichkeit gibt, das Aufkommen von Entfremdung, Segregation und wahrgenommener Ungerechtigkeit vollständig zu verhindern, was einen geeigneten Nährboden für Diskriminierung darstellt. Und während das genaue Ausmaß von einer Vielzahl unabschätzbarer Faktoren abhängt, ist zumindest eine grundsätzliche Herausbildung anzunehmen.  

© Julia Galley

Fakultät Maschinenwesen, Technische Universität Dresden

Der Übergang zu neuen Energiequellen erfordert eine verstärkte Nutzung von Bergbauaktivitäten, um essenzielle Mineralien zu sichern. Dieser Wandel wird durch die Nachfrage nach Rohstoffen vorangetrieben, die für erneuerbare Energietechnologien wie Elektrofahrzeuge benötigt werden. Wichtige Verbindungen wie Kupfer müssen dabei aus Gestein gelöst werden, in dem sie natürlicherweise vorkommen.

Ein Verfahren, das hierfür angewandt wird, ist die Flotation. Dabei wird Luft in eine Mischung aus feinen Gesteinspartikeln, Wasser und chemischen Substanzen eingebracht, die Seife ähneln. Das wertvolle Material haftet an den Luftblasen, wird nach oben transportiert und kann dort gesammelt werden. Trotz seiner weiten Verbreitung ist die Flotation ein noch immer wenig verstandener Prozess. Ein besseres Verständnis könnte effizientere Flotationszellen ermöglichen und die Umwelt- sowie gesellschaftlichen Auswirkungen des Bergbaus reduzieren.

Bisher wurden die Prozesse der Kollision und Anhaftung meist unabhängig voneinander untersucht.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methode zu entwickeln, um die Anhaftung von kollidierten Partikeln, ihre Bewegung auf der Blasenoberfläche sowie die daraus resultierenden Effekte auf weitere Kollisionen zu simulieren. Im Rahmen der Forschung wurden geeignete numerische Modelle entwickelt und an einfachen Szenarien getestet. Mithilfe großangelegter Simulationen konnten die Auswirkungen kombinierter Kollisions- und Anhaftungsprozesse quantifiziert werden. Die natürlich auftretende Blasensättigung wurde sichtbar gemacht, und die experimentellen Ergebnisse stimmten eng mit den Simulationen überein.

© Julia Galley

Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Technische Universität Dresden

Die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien ist eine grundlegende Problemstellung für die weitere Verbreitung von batterieelektrischen Fahrzeugen im Verkehrssektor. Lithium-Plating stellt hier einen zentralen Alterungsmechanismus dar, bei dem sich das Lithium während des Ladevorgangs auf der Anode abscheidet anstatt in sie zu interkalieren. Wegen der komplizierten Detektion ist die konsequente Verhinderung der Plating-Reaktion von großem wissenschaftlichem Interesse.

Für ein besseres Verständnis des Alterungsmechanismus werden in dieser Arbeit daher spezielle Experimentallzellen mit zusätzlicher Referenzelektrode für die Aufnahme von Ladekurven verwendet. Mit ihnen wird untersucht, wie schnell diese ohne das Auftreten von Lithium-Plating geladen werden. Zudem werden verschiedene Detektionsansätze untersucht und evaluiert.

Zu Beginn wird ein Prozess zum Bau von Experimentalzellen aus kommerziellen Rundzellen in einer kontrollierten Argon-Atmosphäre erarbeitet. Im Anschluss findet eine Validierung des Prozesses durch den Vergleich der elektrochemischen Verhaltensweisen von Rund-  und Experimentalzelle miteinander statt.   

Für die Ermittlung des kürzesten Ladevorgangs ohne Lithium-Plating wird ein dafür optimierter Prüfplan verwendet, der mit der Referenzelektrode ein Absinken des Anodenpotentials unter 0 V und dadurch die Plating-Reaktion verhindert. Die Temperaturabhängigkeit der Ladegeschwindigkeiten und der Plating-Reaktion wird durch die Messung der Ladekurven bei verschiedenen Temperaturniveaus evaluiert.

Zur Bewertung der Detektionsmöglichkeiten  von  Lithium-Plating werden  die unterschiedlichen Methoden durch Versuche mit den Experimentalzellen verglichen und anschließend bewertet. Mit der Prozessvalidierung konnte bestätigt werden, dass die gebauten Experimentalzellen ein sehr ähnliches elektrochemisches Verhalten wie die ursprünglichen Rundzellen aufweisen. Somit stellen die Experimentalzellen ein gutes Abbild der Rundzellen für die durchzuführenden Versuche dar.

An den mit den Experimentalzellen gemessenen Ladekurven konnte eine signifikante Temperaturabhängigkeit der Ladegeschwindigkeiten beobachtet werden, die bei geringeren Temperaturen abnimmt. Zudem zeichnete sich bei den Zellen mit höherer Energiedichte eine stärkere Limitierung des Ladestroms durch Lithium-Plating aus als bei den Zellen mit höherer Leistungsdichte.

Zusätzlich wies die Problemstellung des Lithium-Platings als Alterungsmechanismus eine starke Variation zwischen den untersuchten Zellen auf, was abweichende Ladekurven zur Folge hat. Bis auf die Verwendung einer dritten (Referenz-)Elektrode konnte jedoch keine der weiteren Methoden zur Detektion von Lithium-Plating auf der Ebene der Experimentalzelle erfolgreich validiert werden.

© Julia Galley

Faculty of Electrical and Computer Engineering, Technische Universität Dresden

Are you fascinated by the technology behind autonomous vehicles, drones and augmented reality? 

At the core of these innovations is Simultaneous Localization and Mapping (SLAM), a crucial process that allows devices to navigate unknown environments while creating detailed maps and determining their precise location. This research focuses on Visual SLAM, particularly the ORB-SLAM3 algorithm, which tackles this challenge by extracting Oriented FAST and Rotated BRIEF (ORB) features from images—distinct patterns that enable the algorithm to identify and track key points, facilitating accurate localization and mapping. While ORB-SLAM3 is renowned for its performance and accuracy, achieving real-time processing on embedded devices remains challenging. 
 
This work aims to accelerate the ORB-SLAM3 algorithm on the KRIA KR260 FPGA, a powerful platform designed for robotics and industrial applications, by using a hardware/software co-design approach. FPGAs are well-suited for this task compared to traditional CPUs and GPUs due to their ability to provide low-energy, high-performance computing through parallel processing, making them ideal for embedded systems. 
 
Profiling tools like Chrono and Callgrind were used to identify the most time-consuming stages in ORB-SLAM3. The ORB feature extraction component, which consumes 68% of the runtime in the Tracking stage, was targeted for acceleration. Using a High-Level Synthesis (HLS) approach, which automatically converts C/C++ algorithms into hardware descriptions that can run efficiently on FPGAs, an accelerator was designed to speed up this component. The accelerator was integrated with a user-space DMA buffer (u-dma-buf) to enable efficient data transfer between the hardware and software components. The system’s performance was evaluated using the EuRoC Micro Aerial Vehicle (MAV) dataset, computing metrics such as Absolute Trajectory Error (ATE) and Root Mean Square Error (RMSE) to assess accuracy. 
 
The hardware/software co-design achieved a 10x speedup in the ORB feature extraction stage compared to the software-only version, while maintaining high accuracy with an RMSE value of 0.0168. Ongoing work focuses on accelerating other computationally expensive stages of ORB-SLAM3, particularly Local and Global Bundle Adjustment, which are optimization processes essential for refining the 3D map and camera pose. This is crucial for unlocking additional performance improvements, making ORB-SLAM3 more viable for real-time applications with limited resources. Overall, this research highlights the potential of FPGA-based acceleration in enhancing the efficiency and real-time performance of visual SLAM algorithms like ORB-SLAM3. 

© Julia Galley

Fakultät Wirtschaftswissenschaften, Technische Universität Dresden

Mit der Generation Z tritt allmählich eine neue Generation in die Arbeitswelt ein. Sie bringen andere Erfahrungen, Ziele und Fähigkeiten mit. Sie unterscheiden sich auch in ihrer Persönlichkeit im Vergleich zu anderen Generationen - vor allem, wenn es um die Wahrnehmung von Stress geht. 

In der Arbeit wurde das Transnational Model of Stress and Coping von Lazarus11 angewandt, wobei zusätzlich der Einfluss des Locus of Control22 berücksichtigt wurde. Zur Identifizierung relevanter Stressoren wurde eine qualitative Studie in Form von Interviews mit der Gen Z durchgeführt. Angereichert mit Fragen zum LOC und zu den Folgen von Stress auf Organisationsebene wurden die Ergebnisse in eine quantitative Umfrage übertragen und die empirischen Ergebnisse analysiert. 

Die Studie ergab, dass die Gen Z mit zwei neuen Stressoren konfrontiert ist, die in der vorhergehenden Generation nicht vorkamen: Erwartungen und Work-Life-Balance. Die Gen Z verfügt über einen internen (W-)LOC und ist somit in ihrer Persönlichkeit selbstbestimmt. Dieser Persönlichkeitsfaktor hat jedoch keinen Einfluss auf die Wahrnehmung der verschiedenen Stressoren am Arbeitsplatz, wohl aber auf den wahrgenommenen Stress. Außerdem besteht kein direkter Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der individuellen Stressoren und der Fluktuationsabsicht sowie der Arbeitszufriedenheit. Die Daten zeigen jedoch, dass das Vorhandensein von Stress aufgrund von Arbeitsinhalten sowie zwischenmenschlichen Konflikten und Delegationsproblemen am Arbeitsplatz einen negativen Einfluss auf die Fluktuationsabsicht und die Arbeitszufriedenheit haben. 

Um die Gen Z langfristig an ein Unternehmen zu binden, sollten Arbeitgeber weniger auf deren Persönlichkeit als vielmehr auf die Vermeidung kritischer Stressoren am Arbeitsplatz setzen. Die Stressforschung hat auch die Aufgabe, die GenZ eingehender zu untersuchen, um ihre Stresswahrnehmung und -bewältigung besser zu verstehen. 

© Julia Galley

Medizinische Fakultät, Technische Universität Dresden 

Die Bestrahlungsplanung in der Strahlentherapie ist ein patientenspezifischer Prozess, bei dem mithilfe bildgebender Verfahren wie der Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) sowie spezieller Software die optimale Dosisverteilung berechnet wird. Ziel ist es, Tumorgewebe gezielt zu zerstören und umliegende gesunde Gewebsstrukturen, die sogenannten Risikoorgane, zu schonen. Die manuelle Konturierung dieser Strukturen durch einen erfahrenen Experten ist ein zentraler Bestandteil des Prozesses, erfordert jedoch hohe Arbeitsressourcen. Da die Konturierung auf subjektiven Einschätzungen und Erfahrungen der Experten basiert, können Unterschiede in der Definition der Risikoorgane entstehen. Um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken, gewinnen automatische Segmentierungsverfahren zunehmend an Bedeutung. Neben der Nutzung von CT-Bilddaten zur Konturierung spielt, speziell bei Hirntumorbehandlungen, die MRT aufgrund hoher Weichgewebskontraste eine wichtige Rolle.  

In diesem Kontext wurde der Einfluss der genannten bildgebenden Modalitäten, insbesondere unterschiedlicher MRT-Sequenztypen, auf die Leistungsfähigkeit eines Deep Learning (DL) basierten Segmentierungstools zur Konturierung von Risikoorganen im Hirn untersucht.  

Die Untersuchung erfolgte unter Berücksichtigung von CT- und MRT-Daten, manuell erstellten Konturen sowie der Dosisverteilung von 134 Hirntumorpatienten, die am Zentrum der Universitäts Protonen Therapie Dresden behandelt wurden. Mithilfe eines DL-basierten Tools wurden jeweils sieben ausgewählte Hirnstrukturen bei einer definierten Anzahl von Testpatienten auf verschiedenen Bilddatensätzen automatisch segmentiert. Die Ergebnisse des DL-Tools wurden mithilfe quantitativer Metriken, wie dem Dice Similarity Coefficient (DSC) und Distanzmetriken (Hausdorff-Distanz, Mean Surface Distance), mit den manuellen Konturierungen verglichen. Weiterführend erfolgte die Analyse des Einflusses auf die Dosisverteilung sowie eine Abschätzung möglicher Dosisabweichungen in Bezug auf erwartbare Nebenwirkungen. 
Die Ergebnisse zeigen, dass das auf MRT-Daten trainierte DL-Modell vergleichbare mediane Werte der quantitativen Metriken wie das CT-basierte Modell liefert, jedoch häufiger Ausreißer aufweist. 

Zwar bietet die MRT aufgrund des hohen Weichgewebskontrastes und der variablen Scanparameter einen klinischen Mehrwert, doch die daraus resultierende Variabilität  in den Bilddaten erschwert bei einem begrenzten Datensatz die Entwicklung eines allgemein anwendbaren Modells. 

Zudem beeinträchtigen der zusätzliche Datenverarbeitungsaufwand und die höhere Artefaktanfälligkeit bei MRT-Daten die Konsistenz der Segmentierungsergebnisse. Daher ist eine große Menge an vielfältigen Daten erforderlich, um ein generalisierbares Modell zu entwickeln, das eine zuverlässige Verarbeitung unbekannter Datensätze gewährleistet.

Dennoch verdeutlicht die Analyse, dass die DL-basierten Modelle als zeitsparende Alternative in retrospektiven Studien unter Berücksichtigung manueller Anpassungen Anwendung finden können. 

© Julia Galley

Center for Molecular and Cellular Bioengineering, Technische Universität Dresden 

Weaver syndrome is a rare developmental disorder characterized by an overgrowth of body and head, abnormal brain structures as well as intellectual disability. It is caused by mutations of a protein complex called Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2). PRC2 plays an important role in the epigenetic regulation of human development. 

Epigenetic mechanisms lead to changes in gene function that are heritable without changing the DNA sequence. DNA is wrapped around proteins called histones. DNA and histone complexes together form chromatin. An epigenetic mechanism regulated by PRC2 is the modification of histones by methylation. Histone methylation influences the structure of chromatin leading to gene silencing and eventually alters gene activation and cell fate. Overall, epigenetic regulation leading to gene silencing is an important process during embryonic development. 

Epigenetic regulation, including Polycomb regulation, was shown to influence brain development, thereby shaping brain size and structure. Up to now, little is known about the effect of Weaver syndrome-associated mutations on human brain development. 
To study Weaver syndrome in the context of human brain development, induced pluripotent stem cell lines carrying disease-associated mutations were generated. Human  brain organoids were generated from these cell lines. Brain organoids represent a self-organizing, 3D in vitro model of brain development. We can use these organoids to investigate abnormalities in brain development associated with Weaver syndrome. 

We could show that global levels of the PRC2-mediated methylation mark are reduced in Weaver stem cell lines and organoids. This suggests that gene silencing might be reduced in this human Weaver syndrome model. To analyze overgrowth phenotypes observed in Weaver syndrome patients, brain organoid size was assessed. The data revealed significant differences between Weaver syndrome and control brain organoids.  

Further analysis of this human disease model will allow us to study cellular and molecular changes in Weaver syndrome brain development and to better understand the involvement of epigenetics in developmental diseases. 

© Julia Galley

Internationales Hochschulinstitut (IHI) Zittau, Technische Universität Dresden 

As if climate change wasn't enough, urbanization is here to further stretch some challenges. How will Earth 2124 be? Dystopia or Utopia? The socio-environmental crisis we live in demands to identify leverage points for sustainability. Isolated strategies might mitigate some of the impact, but integrative and (w)holistic approaches must be taken to steer the future into sustainable development. Urban and Peri-urban Agriculture (UPA) has been increasingly recognized as a multi-functional tool to address several challenges the world faces. From food security, to climate regulation and community building, UPA has revolutionary potential. According to the Food & Agriculture Organization (FAO) of the United Nations (UN), UPA is critical to the operationalization of linkages between 8 Sustainable Development Goals (SDGs). Some scholars find direct contributions by UPA to 12 SDGs, others 14. However, many obstacles are faced. From a lack of institutional home to better frame and systematize research, to a lack of empirical studies, and an image of being regressive, low-tech, economically inefficient, and most importantly: not modern. 

Challenging this narrative, local authorities in Bogotá, Colombia, have institutionalized UPA under the jurisdiction of the Botanical Garden of Bogota (BGB) with the mandate to scale UPA up. The BGB has surveyed over 3000  UPA practitioners over cultivation practices, motives and demographic characteristics. Which bring us to the research question: What is the contribution of UPA to the urban sustainability of Bogotá, Colombia? 

This research constructs a Composite Indicator (CI), through Multivariate Analysis, to have a status-quo assessment of UPAs in Bogotá. Principal Component Analysis (PCA) is performed to reduce the dimensionality of the phenomena, while keeping the representation of it. The resulting model of 16 principal components is matched with a theoretical framework to assess the contribution of UPA to urban sustainability, and further regression analysis is done to demographic variables. 

Results show the contribution to urban sustainability for every UPA practitioner in four pillars: Environmental, Social, Economic, and Institutional. The Environmental pillar is the best performer with high contribution coming through Climate regulation & Energy balance, and Soil conservation; the Social pillar follows it with good performance in Community engagement & participation, and Social interactions; the Economic pillar contributes mostly in terms of Food accessibility and Preparedness for food sovereignty. Regression analysis of demographic characteristics as explanatory variables indicates that Age, Proximity, Garden area and Socio-economic Status are good predictors of UPA contribution, while Gender hides more information than it gives.

© Julia Galley

Fakultät Biologie, Fakultät Chemie und Lebensmittelchemie, Fakultät Maschinenwesen, 
Center for Molecular and Cellular Bioengineering, Technische Universität Dresden 

Jährlich werden über 92 Millionen Tonnen an Textilabfällen produziert. 85 Prozent hiervon landen auf Deponien oder werden verbrannt, nur ca. 10 Prozent werden recycelt. Hierüber hinaus ist die Modeindustrie mittlerweile für ca. 10 Prozent der weltweiten  CO -Emissionen verantwortlich – mehr als internationale Luft- und Seeschifffahrt zusammen11. Hinzu kommt, dass über 60 Prozent der heutzutage hergestellten Textilien aus Plastik, insbesondere PET bestehen22. Fast die Hälfte hiervon ist mit Baumwolle gemischt, wodurch die Mischtextilien nur schwer recyclebar sind. Neue, nachhaltige und innovative Wege des Recycelns von Textilmüll sind somit essenziell33. ReFiBa zielt darauf ab, einen ersten grünen Ansatz für das Textilrecycling zu schaffen. Baumwollfasern (Cellulose) und PET sollen enzymatisch unter Verwendung von Cellulasen und PETasen abgebaut werden. 

Dafür werden die Enzyme auf Sporen des Bakteriums Bacillus subtilis immobilisiert, um ihre Aktivität zu stabilisieren. So entsteht die Möglichkeit, die Abbaureaktion der Textilien wiederholbar ablaufen zu lassen. Hierbei entstehen Glucose, Ethylenglykol (EG) und  Terephthalsäure (TPA). 

Diese Stoffe können im Anschluss aus der Lösung extrahiert werden und der Mix aus EG und Glukose kann zur Herstellung von wertvollen Chemikalien weiterverwendet werden. So zielt ReFiBa darauf ab, eine Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen, in der nicht nur reine Polyesterstoffe, sondern auch Mischtextilien einfach und nachhaltig zu weiter verwertbaren Chemikalien zersetzt werden können.