openHSU – Research Showcase

This manuscript presents a method for reproducing sound fields actively by using a vibrating submerged structure as the field reproduction source, with the target sound field to be reproduced defined in the frequency domain using the acoustic brightness approach. To balance the predetermination of a mono- or multi-zone target sound pressure field and the control effort required, singular value decomposition of the structural-acoustic system matrix is proposed. The dependency of the radiation efficiency into the target zone on the singular modes representing source and pressure modes is investigated using a wavenumber-domain approach. Furthermore, a feedforward control principle is adopted for adaptive sound-field reproduction with mode matching from the least squares perspective. Finally, an experiment is reported that involve synthesizing a tonal target underwater acoustic signature of a model of a fast attack craft (scale 1:8) at a measurement facility at Lake Plön in Germany. The results show that with the structural-acoustic brightness approach structural modes with radiation coupling into the target zone are excited and related pressure modes exhibit individual focus in the direction of hydrophones in use. Finally, a predetermined narrowband sound pressure field is actively reproduced at the hydrophone positions using inertial actuators and accelerometers on the ship model's hull.

Self-regulation competences are considered an essential prerequisite for successful school entry and are seen as a strong predictor for later development such as empathy. In the German-speaking countries, there is currently a lack of instruments for assessing self-regulation. Reliable tasks would give children the opportunity to receive adequate support simplify their developmental steps. This dissertation addresses this gap by reviewing available instruments for preschool-age self-regulation assessment and evaluating their suitability for diagnostic purposes. The first publication reviewed therefore instruments available in German-speaking countries, identifying 12 questionnaires, three observation instruments and 26 performance tests. These results indicate the availability of reliable instruments for assessing facets of self-regulation. Simultaneously, the review showed, that test batteries are lacking. To date, no performance tests or observation instruments offer a differentiated assessment of self-regulation, and there are no standardized data for assessing the emotional facet of self-regulation using Delay of Gratification tasks. Given the first publication highlighted the absence of test batteries, the second publication analysed the quality criteria of a test battery (EF Touch) translated into German, using an initial sample of N = 90 children. All tasks demonstrated acceptable to very good internal consistencies (α = .51-.93), with most showing significant intercorrelations (r = .39-.51). A significant correlation (r = -.43) was found with the parents' assessment of executive function (BRIEF-P). Older children outperformed younger children in all tasks, almost no gender effects were found. These results can be seen as a first step towards demonstrating the usefulness of assessing self-regulation with a test battery for the German-speaking world. As there is also a lack of standardisation for tasks assessing the emotional facet of self-regulation, the third publication examined delay of gratification tasks for their usability as a diagnostic instrument. Delay of gratification tasks were assessed (N = 1498; 51% girls) at the ages of 3 and 5, as well as the children's psychopathology (ADHD and conduct problems) using parts of the SDQ at the ages of 5 and 6. Delay at age 3 was associated with ADHD at age 5 (OR = 1.84) and conduct issues at age 6 (OR = 2.61). The results demonstrated high specificity (77-78%) and low sensitivity (27-42%), accurately identifying children below the SDQ cut-off, but making it unsuitable for screening children at risk. The research in this dissertation has taken a first step in answering the question of what instruments are already available to assess self-regulation in preschool children, and has examined the suitability of two instruments. It has been shown that questionnaires are available to assess children's self-regulation, which enables the examination of suspected risks of low self-regulation, which in turn allows to verify the risk of psychopathology. An initial evaluation of a test battery to assess executive functions has been undertaken. In order to provide a nuanced risk assessment and assessment of self-regulation, it is recommended that a combination of reliable instruments be used, covering different components of self-regulation with various subscales. In light of the findings presented in the dissertation, the use of delay of gratification tasks as a diagnostic tool is not currently recommended.

Zusammenfassung. Selbstregulation und die damit verbundenen Kompetenzen gelten als wesentliche Voraussetzung für einen erfolgreichen Schuleintritt. Im deutschen Sprachraum fehlt es bisher an Instrumenten zur Erfassung der Selbstregulation im Vorschulalter, die bei der Entwicklungsdiagnostik im Kindergarten oder bei der Einschulungsuntersuchung zum Einsatz kommen könnten. Es wird daher ein Überblick über Verfahren gegeben, (1) die auf Deutsch vorhanden sind und für die es (2) in einem Altersbereich zwischen drei und sechs Jahren Normen oder Cut-Off-Werte gibt. Identifiziert werden konnten zwölf Fragebögen, drei Beobachtungsverfahren und 26 Leistungstest, die Facetten der Selbstregulation erfassen. Die Testgütekriterien dieser Verfahren wurden geprüft. Es zeigt sich, dass einige Subtest oder -skalen aus etablierten Verfahren zur Schätzung der Selbstregulation herangezogen werden können, jedoch differenzierte Fragebögen oder gar Testbatterien zur objektiven, zuverlässigen und validen Erfassung der Selbstregulation fehlen.

Zusammenfassung: Vorschulkinder mit guten exekutiven Funktionen (EF) haben auch gute individuelle Voraussetzungen für die Schulbereitschaft und den Schulerfolg. Bislang fehlt jedoch im deutschsprachigen Raum eine Testbatterie für Kinder im Vorschulalter. Ziel der Arbeit war es daher, die Testbatterie EF Touch auf ihre Nutzbarkeit für den deutschen Sprachraum zu überprüfen. Die EF Touch wurde in einer Konstruktionsstichprobe von N = 90 Kindern (50 Mädchen; M-Alter = 3.39 Jahre, SD = 0.78) erprobt. Alle Aufgaben wiesen akzeptable bis sehr gute interne Konsistenzen auf (α = .51 – .93), die meisten korrelierten signifikant miteinander (r = .39 – .51). Die zugrundeliegende Strukur der EF war erwartungsgemäß einfaktoriell. Zusätzlich zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang (r = -.43) mit der Elterneinschätzung der EF im Fragebogen BRIEF-P. Es ergaben sich bei allen Aufgaben bessere Ergebnisse bei älteren Kindern. Nachdem die Nutzbarkeit der Testbatterie im deutschen Sprachraum gezeigt werden konnte, wird im nächsten Schritt eine repräsentative Normstichprobe erhoben.

Während der Lösungsentwicklung greift der Produktentwickler, bedingt durch die kapazitiven Grenzen des menschlichen Gedächtnisses zur Speicherung und Koordination, in der Regel auf externe Unterstützungsformen zurück. Gängige Unterstützungsformen bilden Skizzen und physische Modelle, welche trotz voranschreitender Digitalisierung in der Regel manuell ohne digitale Assistenzen erstellt werden. Diese Arbeitsweise führt jedoch dazu, dass sich erstellte Lösungskonzepte und -entwürfe einer Dokumentation in Produktdatenmanagementsystemen (PDM) entziehen. Weiterführende Entwicklungen auf bestehendem Unternehmenswissen und ein zunehmend verteiltes Arbeiten in Entwicklungsteams lassen jedoch die Bedeutung einer verfügbaren Dokumentation und Kommunikationsgrundlage erkennen. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Ansatz für eine erhöhte Verfügbarkeit früher Produktdaten während der Produktentwicklung aufzuzeigen. Dieser Ansatz beinhaltet die Substitution der herkömmlichen, analogen Erstellungsweise von Skizzen durch eine digitale Skizzenerstellung in VR, sowie die Erarbeitung eines Prozessmodells für die prozessgerechte Verwaltung von Skizzen in PDM-Systemen. Aufbauend auf einer Analyse der Verwendung von Skizzen und Modellen im Produktentwicklungsprozess und der Analyse von Forschungsbeiträgen zur digitalen Skizzenerstellung wurde eine 3D-Skizzierumgebung in VR entwickelt. Unter Nutzung dieser 3D-Skizzierumgebung wurde anhand einer empirischen Studie das Unterstützungspotential der digitalen Skizzen- und Modellerstellung in VR untersucht. Insgesamt 27 Probanden wurden mit der Lösung einer konstruktiven Problemstellungen innerhalb der VR-Skizzierumgebung beauftragt. Für die Auswertung wurden die von den Probanden erstellten Entwurfslösungen, die aufgezeichneten Versuchsdurchführungen und an die Probanden gerichtete Fragebögen herangezogen. Die Ergebnisse der Probanden aus VR wurden mit den Ergebnissen eines Referenzprobanden, welcher Handskizzen auf herkömmliche Weise erstellte, verglichen. Die Ergebnisse der Studie stellen heraus, dass die digitale Skizzenerstellung in VR Funktionen als Analysehilfe, Lösungshilfe, Kommunikationshilfe und auch als Bewertungshilfe erfüllt und somit eine grundlegende Eignung als externe Unterstützungsform vorliegt. Anhand der Erkenntnisse aus der empirischen Untersuchung wurde ein Modell einer PDM-Prozessunterstützung für Skizzenobjekte abgeleitet. Das Prozessmodell „Concept-Lifecycle“ liefert Ansätze für eine Dokumentation und Verknüpfung von Lösungskonzepten und -entwürfen mit angrenzenden Aktivitäten des Produktentwicklungsprozesses, sowie eine Rückverfolgbarkeit und Vernetzung von Anforderungen auf Entwurfslösungen. Im Konzept des Concept-Lifecycle können Skizzen mit weiterführenden Informationen aus den Bereichen Lösungsbewertung, Produktanforderungen, Modularisierung und Entscheidungsfindung zur Ausführungsart angereichert werden.

This dissertation investigates the multifaceted role of trust in the creation of blockchain technologies, emphasizing two case studies: Ethereum and Hyperledger Fabric. By combining Guido Möllering’s integrative trust framework and Michel Callon’s notion of translation from Actor-Network Theory (ANT), the research examines trust in blockchain technology as a socio-technical process. This renders visible multiple ontologies of trust. Trust and the absence of trust can constitute a problem or act as interessement devices. Leaps of faith enable enrolments and enrolment implies reflexive trust building. Moreover, trusting relationships connect actors, can hold actor-networks together, and mobilize them. The research adopts a qualitative, abductive approach, triangulating data collected from fieldwork online and in interviews which captures a period from the end of 2013 to the beginning of 2018. In a reflexive process, the study employs translation theory to describe the emerging socio-technical world of blockchain technology as a dynamic process between human and non-human actors, contrasting it with trust theory. Although trust ontologies of the two cases Ethereum and Hyperledger Fabric appear similar at first glance, findings highlight that the platforms and actors involved are different, as are the subjects of trust crises, the interessement devices, the existing trust relations, the trust building mechanisms and the mobilized actor-networks. Trust building in the Ethereum actor-network relies more on community-driven processes and technology, whereas Hyperledger Fabric builds more on established structures and corporate actors. Contributions to organizational trust research include exploring trust’s role in the translation of two blockchain platforms, describing trust in information technology as a social process, and providing a nuanced view of actors attributing agency to technologies as non-human actors. Additionally, the study advances translation theory by articulating the diverse ontologies of trust in translation, which connect trust theory and Actor-Network Theory.

Gegenstand dieser Arbeit ist die hochpräzise Herstellung von Silizium-Lamellengitterspiegeln für die reflektierende Split-and-Delay-Unit (SDU) im extremen Ultraviolett- und weichen Röntgenbereich (Photonenenergien von 10 eV bis ~1 keV). Um die gute Reflektivität der Spiegel zu gewährleisten, war es notwendig, eine gute Oberflächenqualität zu erhalten, um die geringe Rauheit zu bewahren und die auftretenden Verformungen zu minimieren. Es wurden zwei verschiedene Hochpräzisions-Herstellungstechniken angewandt: a) nasschemisches Ätzen und b) Diamantsägeblattschneiden. Das nasschemische Ätzen in KOH führte zu ultratiefen (1 mm und tiefer) Durchätzgittern, jedoch wurde die Siliziumoberfläche während des Ätzvorgangs durch die Ätzmaske aus SiNx-Multilayer auf SiO2 ständig angegriffen, was zu zahlreichen Defekten führte, was diese Technik für die Herstellung von Lamellengittern ungeeignet machte. Neue, qualitativ hochwertige Lamellengitterspiegel wurden mit Hilfe eines Diamantscheiben-Dicing-Verfahrens hergestellt. Die im Rahmen dieses Projekts neu entwickelten Dicing-Protokolle sorgen für eine größere Stabilität der Diamantscheibe während des Schneidevorgangs, wodurch die Verschiebung der Gitterstäbe aufgrund von Verformungen und Materialabplatzungen am Rand der Schnittfuge verringert wird. Die Oberflächenrauheit der neu hergestellten lamellaren Gitter wurde von den zuvor erreichten ~4 nm auf ~2 nm erheblich verbessert. Dank der verbesserten Probenstabilität während der Herstellung konnte auch die effektive Länge der hergestellten Lamellengitterspiegel mehr als verdoppelt werden, nämlich von 6 mm auf 13 mm. Dadurch kann die neu hergestellte SDU bei der Hälfte des Einfallswinkels der früheren Aufbauten betrieben werden. Dies verbessert das Reflexionsvermögen des Geräts erheblich, erhöht seine Präzision und erweitert die Kurzwellenlängengrenze der reflektierten Strahlung auf mindestens 600 eV, was ein großer Vorteil für weitere Untersuchungen der ultraschnellen Elektronendynamik ist, die die Elementspezifität des weichen Röntgenbereichs nutzen.

Deutsch: In mechatronischen Anwendungen sind magnetoresistive Sensoren weit verbreitet. Sie gelten unter rauen Umgebungsbedingungen als besonders robust, da sie die Messgröße berührungslos erfassen. Heute werden diese Sensoren zum Beispiel für die Winkelmessung in Elektromotoren oder in der Servolenkung eingesetzt. In der vorliegenden Dissertation wird eine neue Sensortechnologie auf der Basis des Tunnel-Magnetoresistiven Effekts (TMR) mit dem Konzept der Sensor-Arrays kombiniert. Dabei erlaubt die TMR-Technologie erstmals eine effiziente Integration des Arrays als Sensor-Chip. Die Verteilung auf viele Messpunkte im Array ermöglicht die ortsaufgelöste Messung von Magnetfeldern und unterscheidet sich damit von bisherigen Konzepten. Das Ausgangsverhalten von ausgewählten TMR-Sensoren wird in einem spezialisierten Messplatz charakterisiert und in Kennfeldern zusammengefasst. Dabei wird gezeigt, welche Eigenschaften von TMR-Sensoren besondere Vorteile für ein Array liefern. Anschließend werden Signalverarbeitungsmethoden für magnetoresistive Sensor-Arrays entwickelt. Der hohe Informationsgehalt der Array-Struktur erlaubt die Berücksichtigung der Selbstdiagnose-Funktionalität, Reduktion externer magnetischer Störeinflüsse und Erhöhung von Toleranzbereichen. Die Funktionsweise der Methoden wird mit Hardware-Aufbauten des Sensor-Arrays und auswertender Signalverarbeitungs-Software demonstriert. Dazu werden drei Anwendungsbeispiele untersucht. Zwei Anwendungsbeispiele sind im Bereich der Mechatronik einzuordnen und haben eine hochgenaue Winkelmessung zum Ziel. Die dritte Anwendung aus der Medizintechnik untersucht die dreidimensionale Ortung eines Magneten.