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PublicationGenerative Machine Learning for Resource-Aware 5G and IoT SystemsExtrapolations predict that the sheer number of Internet-of-Things (IoT) devices will exceed 40 billion in the next five years. Hand-crafting specialized energy models and monitoring sub-systems for each type of device is error prone, costly, and sometimes infeasible. In order to detect abnormal or faulty behavior as well as inefficient resource usage autonomously, it is of tremendous importance to endow upcoming IoT and 5G devices with sufficient intelligence to deduce an energy model from their own resource usage data. Such models can in-turn be applied to predict upcoming resource consumption and to detect system behavior that deviates from normal states. To this end, we investigate a special class of undirected probabilistic graphical model, the so-called integer Markov random fields (IntMRF). On the one hand, this model learns a full generative probability distribution over all possible states of the system-allowing us to predict system states and to measure the probability of observed states. On the other hand, IntMRFs are themselves designed to consume as less resources as possible-e.g., faithful modelling of systems with an exponentially large number of states, by using only 8-bit unsigned integer arithmetic and less than 16KB memory. We explain how IntMRFs can be applied to model the resource consumption and the system behavior of an IoT device and a 5G core network component, both under various workloads. Our results suggest, that the machine learning model can represent important characteristics of our two test systems and deliver reasonable predictions of the power consumption.
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PublicationFunctional integration - structure-integrated wireless sensor technology targeting smart mechanical engineering applications( 2018)Functional integration on the micro/nano scales enables smart functionalities in mechanical engineering systems. Here, exemplarily shown for a ball screw drive, a structure-integrated wireless sensor technology is implemented into a manufacturing system for advanced process control and status monitoring - even at machine components being not yet accessible or difficult to access. This includes also a miniaturized, networked and energy-efficient information and communication technology (ICT) integrated into the machine.
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PublicationAdaptive camouflage panel in the visible spectral range( 2018)In this work an adaptive panel in the visible spectral range is presented. Principal possibilities and basic aspects of adaptive camouflage in the VIS are considered and some details are discussed. The panel consists of modular tiles, each containing several high power four-color-LEDs controlled by a microcontroller and high current power supply and each tile designed to operate autonomously. To control the color and the intensity several color sensors were integrated into the system. The purpose of the panel is to take on a uniform color to best match its appearance to a given reference color, where both the panel and the reference color are subject to the same environmental conditions. The panel was not designed, however, to produce different camouflage patterns. The tiles on the surface were covered by a dark plastic plate in order to provide dark and saturated colors and to guarantee a dark appearance in the passive state of the system. As was to be expected, extreme situations like high ambient brightness and direct solar illumination turned out to be particularly challenging. Substantial tests and some modifications were performed to achieve a satisfactorily uniform color reproduction of a given reference color. Physical measurements as well as observer tests have been performed to demonstrate the capability of the adaptive system.
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PublicationAddressing sustainability and flexibility in manufacturing via smart modular machine tool frames to support sustainable value creation( 2015)Sustainability and flexibility are crucial aspects in todays' manufacturing processes. Within this study an innovative approach of modular machine tool frames (MMTF) equipped with micro system technology is presented that aims at enhancing flexibility of mutable production processes. This new approach extends the existing reconfigurable manufacturing systems (RMS). MMTF goes beyond the platform approach via minimizing the machine tool frame parts used for the building block system of manufacturing cells. The concept has been realized by integration of modularized microelectronics and actuators enabling for integrity and accuracy of the machine tool frame. In this contribution, sustainable hotspots for the production of the MMTF are identified via a tiered life cycle sustainability assessment. From these findings, new approaches are derived that provide for a reasonable usage of mechanical and electronic components in MMTF for sustainable value creation.
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PatentInstrument zum Einfuehren in unzugaengliche Raeume( 2008)(A1) Es wird ein Instrument zum Einfuehren in von aussen unzugaengliche Raeume mit einem Einfuehrabschnitt und einem mit diesem verbundenen flexiblen Endabschnitt, der mit Druckkammern versehen ist, vorgeschlagen, wobei ueber eine Druckbeaufschlagung der Kammern eine Biegung des flexiblen Endabschnitts hervorgerufen wird, bei der der flexible Endabschnitt eine in Form eines Faltenbalgs ausgebildete Aussenhuelle aufweist.
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PublicationAdaption berührungslos induzierter Strukturbildungen mit Nanopartikeln für die Mikro-Nano-AVT(Fraunhofer IZM, 2008)Teilprojekte: DubNanoAVT - Dielektrophorese und Ultraschall zur berührungslosen Montage von Nanodrähten für die AVT. NanoMag - Skalierbare berührungslose Komponenten-Montage durch Einsatz magnetischer Wirkprinzipien. NanoMoist - Nanopartikel gefüllte Polymere mit verbesserten Diffusionsbarrieren für die Aufbau- und Verbindungstechnik. Abstract: Als entscheidendes Ergebnis des Teilprojekts DubNanoAVT lässt sich die Aussage treffen, dass mikroskalige Objekte nach der Art metallischer Nanodrähte und Partikel, z.B. Quantenpunkte, berührungslos und damit zerstörungsfrei mit der erarbeiteten Methodenkombinationen von Dielektrophorese und stehenden Ultraschallwellen manipuliert und geordnet miteinander assembliert sowie nachfolgend auf einem, gegebenenfalls in Druckverfahren speziell präparierten Substrat assembliert werden können. Im Teilprojekt NanoMag wurden die Grundlagen zur Generierung ausreichend starker magnetischer Felder mit einer Auflösung im Submillimeterbereich erarbeitet sowie auf die Feldgeometrie abgestimmte Muster/Strukturen zur magnetischen Bauteilmarkierung entwickelt. Des Weiteren erfolgte die Entwicklung von Materialien und Verfahren zur Markierung von Bauteilen mit magnetisch funktionalen Strukturen in der erforderlichen Auflösung und der Möglichkeit der Integration in den Fertigungsprozess der Chipherstellung. Der entwickelte Technologieansatz wurde so konzipiert, dass eine nahtlose Integration in etablierte Prozesse der Leiterplatten- und Chipfertigung ermöglicht wird. Im Rahmen des Teilprojekts NanoMoist wurde gezeigt, dass durch Verwendung kleiner Mengen nanoskaliger Schichtsilikat-Füllstoffpartikel in Epoxidharzen die Feuchteaufnahme und/oder Feuchtediffusion positiv beeinflusst werden können. Im Rahmen grundlegender Untersuchungen wurde die Verträglichkeit nanoskaliger Bentonite mit mikroskaligen SiO2? Standardfüllstoffen bezüglich Misch- und Verarbeitbarkeit gezeigt. Zur Bestimmung von Feuchteaufnahme und Diffusion wurden unterschiedliche Messverfahren eingesetzt, wobei ein für die Mikroelektronikverkapselung sehr anwendungsnahes Verfahren entwickelt wurde.
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PublicationCAx-Werkzeuge zur Optimierung eines mechatronischen Leichtbauroboters( 2003)Mechatronische Systeme und deren Entwurf gewinnen in vielen Bereichen der Technik zunehmend an Bedeutung. Aufgrund des multidisziplinären Charakters der Mechatronik gibt es jedoch bis heute weder eine allgemeingültige Methodik noch einheitliche Werkzeuge für die Konstruktion und Entwicklung. Von entscheidender Bedeutung ist es, die jeweilige CAx-Software entsprechend ihrem Anwendungsschwerpunkt einzusetzen. Im Gemeinschaftsprojekt "Concurrent Engineering" des Bayerischen Kompetenznetzwerks für Mechatronik (BKM) wird institutsübergreifend an der engen Kopplung der einzelnen, parallel verlaufenden Entwicklungsphasen gearbeitet, um eine praxistaugliche Methodik für die Entwicklung mechatronischer Systeme zu kreieren.
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PublicationVerbundprojekt "Industrieplattform Modulare Mikrosysteme MSTMASCH II"( 2002)Mitglieder des industriellen Lenkungsausschusses im wissenschaftlichen Vorprojekt "Mikrosystemtechnik im Maschinen- und Anlagenbau" (BMBF-Vorhaben im Förderprogramm Mikrosystemtechnik) gründeten nach Projektabschluss die Nutzergruppe Mikrosystemtechnik im VDMA. Das Ziel der Nutzergruppe besteht in der industriellen Umsetzung des MST-Baukastens. Die Nutzergruppe umfasst aktiv mitwirkende Unternehmen, IZM, IPA und VDMA. Zwischenzeitlich gehören der Nutzergruppe 25 Mitglieder an. Die Industrieplattform "Modulare Mikrosysteme" setzt sich zum Ziel das Baukastensystem zu entwickeln und auf dem Markt einzuführen. Der Industrieplattform gehören sowohl Systemanwender, Systemhersteller als auch Bausteinhersteller an, so dass der Kundenregelkreis in diesem Gremium vollständig abgebildet werden kann. Aus den Zielen von Systemanwendern, Systemherstellern und Bausteinherstellern definiert sich für die Industrieplattform eine übergeordnete Gesamtzielsetzung - die begleitende Umsetzung des Baukastensystems und damit verbunden die Verfügbarkeit einer hinreichend großen Anzahl von modularen Bausteinen. Das Projektziel des Vorhabens ist die Überführung des Baukastensystems aus dem vorliegenden Konzeptstadium in am Markt verfügbare Produkte.
