Exploring Mobile Device Interactions for Information Visualization

Information visualization (InfoVis) makes data accessible in a graphical form, enables visual and interactive data exploration, and is becoming increasingly important in our data-driven world - InfoVis empowers people from various domains to truly benefit from abstract and vast amounts of data. Although they often target desktop environments, nowadays, data visualizations are also used on omnipresent mobile devices, such as smartphones and tablets. However, most mobile devices are personal digital companions, typically visualizing moderately complex data (e.g., fitness, health, finances, weather, public transport data) on a single and very compact display, making it inherently hard to show the full range or simultaneously different perspectives of data. The research in this thesis engages with these aspects by striving for novel mobile device interactions that enable data analysis with more than a single device, more than a single visualization view, and more than a single user. At the core of this dissertation are four realized projects that can be connected by the following research objectives: (i) Facilitating data visualization beyond the casual exploration of personal data, (ii) Integrating mobile devices in multi-device settings for InfoVis, and (iii) Exploiting the mobility and spatiality of mobile devices for InfoVis. To address the first objective, my research mainly concentrates on interactions with multivariate data represented in multiple coordinated views (MCV). To address the second objective, I consider two different device settings in my work: One part investigates scenarios where one or more people sit at a regular table and analyze data in MCV that are distributed across several mobile devices (mobile devices on a table). The other part focuses on scenarios in which a wall-sized display shows large-scale MCV and mobile devices enable interactions with the visualizations from varying positions and distances (mobile devices in 3D space). The settings also allow to look at different purposes and roles of mobile devices during data exploration. To address the third objective, I examine different spatial device interactions. This includes placing and organizing multiple mobile devices in meaningful spatial arrangements and also pointing interaction that combines touch and spatial device input. Overall, with my research, I apply an exploratory approach and develop a range of techniques and studies that contribute to the understanding of how mobile devices can be used not only for typical personal visualization but also in more professional settings as part of novel and beyond-the-desktop InfoVis environments.:Publications ... ix List of Figures ... xix List of Tables ... xx 1. Introduction ... 1 1.1. Research Objectives and Questions ... 5 1.2. Methodological Approach ... 8 1.3. Scope of the Thesis ... 10 1.4. Thesis Outline & Contributions ... 13 2. Background & Related Work ... 15 2.1. Data Visualization on a Mobile Device ... 16 2.1.1. Revisiting Differences of Data Visualization for Desktops and Mobiles ... 16 2.1.2. Visualization on Handheld Devices: PDAs to Smartphones ... 18 2.1.3. Visualization on Tablet Computers ... 20 2.1.4. Visualization on Smartwatches and Fitness Trackers ... 21 2.1.5. Mobile Data Visualization and Adjacent Topics ... 22 2.2. Cross-Device Data Visualization ... 24 2.2.1. General Components of Cross-Device Interaction ... ... 24 2.2.2. Cross-Device Settings with Large Displays ... 26 2.2.3. Cross-Device Settings with Several Mobile Devices ... 27 2.2.4. Augmented Displays ... 29 2.2.5. Collaborative Data Analysis ... 30 2.2.6. Technological Aspects ... 31 2.3. Interaction for Visualization ... 32 2.3.1. Touch Interaction for InfoVis ... 33 2.3.2. Spatial Interaction for InfoVis ... 36 2.4. Summary ... 38 3. VisTiles: Combination & Spatial Arrangement of Mobile Devices ... 41 3.1. Introduction ... 43 3.2. Dynamic Layout and Coordination ... 45 3.2.1. Design Space: Input and Output ... 46 3.2.2. Tiles: View Types and Distribution ... 46 3.2.3. Workspaces: Coordination of Visualizations ... 47 3.2.4. User-defined View Layout ... 49 3.3. Smart Adaptations and Combinations ... 49 3.3.1. Expanded Input Design Space ... 50 3.3.2. Use of Side-by-Side Arrangements ... 50 3.3.3. Use of Continuous Device Movements ... 53 3.3.4. Managing Adaptations and Combinations ... 54 3.4. Realizing a Working Prototype of VisTiles ... 55 3.4.1. Phase I: Proof of Concept ... 55 3.4.2. Phase II: Preliminary User Study ... 56 3.4.3. Phase III: Framework Revision and Final Prototype ... 59 3.5. Discussion ... 63 3.5.1. Limitations of the Technical Realization ... 63 3.5.2. Understanding the Use of Space and User Behavior ... 64 3.5.3. Divide and Conquer: Single-Display or Multi-Display? ... 64 3.5.4. Space to Think: Physical Tiles or Virtual Tiles? ... 65 3.6. Chapter Summary & Conclusion ... 66 4. Marvis: Mobile Devices and Augmented Reality ... 69 4.1. Introduction ... 71 4.2. Related Work: Augmented Reality for Information Visualization ... 74 4.3. Design Process & Design Rationale ... 75 4.3.1. Overview of the Development Process ... 75 4.3.2. Expert Interviews in the Design Phase ... 76 4.3.3. Design Choices & Rationales ... 78 4.4. Visualization and Interaction Concepts ... 79 4.4.1. Single Mobile Device with Augmented Reality ... 79 4.4.2. Two and More Mobile Devices with Augmented Reality ... 83 4.5. Prototype Realization ... 86 4.5.1. Technical Implementation and Setup ... 87 4.5.2. Implemented Example Use Cases ... 88 4.6. Discussion ... 94 4.6.1. Expert Reviews ... 94 4.6.2. Lessons Learned ... 95 4.7. Chapter Summary & Conclusion ... 98 5. FlowTransfer: Content Sharing Between Phones and a Large Display ... 101 5.1. Introduction ... 103 5.2. Related Work ... 104 5.2.1. Interaction with Large Displays ... 104 5.2.2. Interactive Cross-Device Data Transfer ... 105 5.2.3. Distal Pointing ... 106 5.3. Development Process and Design Goals ... 106 5.4. FlowTransfer’s Pointing Cursor and Transfer Techniques ... 108 5.4.1. Distance-dependent Pointing Cursor ... 109 5.4.2. Description of Individual Transfer Techniques ... 110 5.5. Technical Implementation and Setup ... 115 5.6. User Study ... 115 5.6.1. Study Design and Methodology ... 115 5.6.2. General Results ... 117 5.6.3. Results for Individual Techniques ... 117 5.7. Design Space for Content Sharing Techniques ... 119 5.8. Discussion ... 120 5.8.1. Design Space Parameters and Consequences ... 121 5.8.2. Interaction Design ... 121 5.8.3. Content Sharing-inspired Techniques for Information Visual- ization ... 122 5.9. Chapter Summary & Conclusion ... 123 6. Divico: Touch and Pointing Interaction for Multiple Coordinated Views ... 125 6.1. Introduction ... 127 6.2. Bringing Large-Scale MCV to Wall-Sized Displays ... 129 6.3. Interaction Design for Large-Scale MCV ... 130 6.3.1. Interaction Style and Vocabulary ... 131 6.3.2. Interaction with Visual Elements of Views ... 132 6.3.3. Control of Analysis Tools ... 134 6.3.4. Interaction with Visualization Views ... 134 6.4. Data Set and Prototype Implementation ... 135 6.5. User Study: Goals and Methodology ... 136 6.5.1. Participants ... 137 6.5.2. Apparatus ... 137 6.5.3. Procedure and Tasks ... 138 6.5.4. Collected and Derived Data ... 139 6.6. Results: User Behavior and Usage Patterns ... 140 6.6.1. Data Analysis Method ... 140 6.6.2. Analysis of User Behavior and Movement ... 140 6.6.3. Analysis of Collaboration Aspects ... 142 6.6.4. Analysis of Application Usage ... 145 6.7. Discussion ... 146 6.7.1. Setup ... 146 6.7.2. Movement ... 147 6.7.3. Distance and Interaction Modality ... 147 6.7.4. Device Usage ... 148 6.7.5. MCV Aspects ... 149 6.8. Chapter Summary & Conclusion ... 149 7. Discussion and Conclusion ... 151 7.1. Summary of the Chapters ... 151 7.2. Contributions ... 152 7.2.1. Beyond Casual Exploration of Personal Data ... 153 7.2.2. Multi-Device Settings ... 154 7.2.3. Spatial Interaction ... 156 7.3. Facets of Mobile Device Interaction for InfoVis ... 157 7.3.1. Mobile Devices ... 158 7.3.2. Interaction ... 160 7.3.3. Data Visualization ... 161 7.3.4. Situation ... 162 7.4. Limitations, Open Questions, and Future Work ... 162 7.4.1. Technical Realization ... 163 7.4.2. Extent of Visual Data Analysis ... 164 7.4.3. Natural Movement in the Spectrum of Explicit and Implicit User Input ... 165 7.4.4. Novel Setups & Future Devices ... 166 7.5. Closing Remarks ... 167 Bibliography ... 169 A. Appendix for ViTiles ... 219 A.1. Examples of Early Sketches and Notes ... 219 A.2. Color Scheme for Visualizations ... 220 A.3. Notes Sheet with Interview Procedure ... 221 A.4. Demographic Questionaire ... 222 A.5. Examplary MCV Images for Explanation ... 223 B. Appendix for Marvis ... 225 B.1. Participants’ Expertise ... 225 B.2. Notes Sheet with Interview Procedure ... 226 B.3. Sketches of Ideas by the Participants ... 227 B.4. Grouped Comments from Expert Interviews (Design Phase) ... 228 C. Appendix for FlowTransfer ... 229 C.1. State Diagram for the LayoutTransfer Technique ... 229 C.2. User Study: Demographic Questionnaire ... 230 C.3. User Study: Techniques Questionnaire ... 231 D. Appendix for Divico ... 235 D.1. User Study: Demographic Information ... 235 D.2. User Study: Expertise Information ... 237 D.3. User Study: Training Questionnaire ... 239 D.4. User Study: Final Questionnaire ... 241 D.5. Study Tasks ... 245 D.5.1. Themed Exploration Phase ... 245 D.5.2. Open Exploration Phase ... 246 D.6. Grouping and Categorization of Protocol Data ... 246 D.7. Usage of Open-Source Tool GIAnT for Video Coding Analysis ... 248 D.8. Movement of Participants (Themed Exploration Phase) ... 250 D.9. Movement of Participants (Open Exploration Phase) ... 254 E. List of Co-supervised Student Theses ... 259Informationsvisualisierung (InfoVis) macht Daten in grafischer Form zugänglich, ermöglicht eine visuelle und interaktive Datenexploration und wird in unserer von Daten bestimmten Welt immer wichtiger. InfoVis ermöglicht es Menschen in verschiedenen Anwendungsbereichen, aus den abstrakten und enormen Datenmengen einen echten Nutzen zu ziehen. Obwohl sie häufig auf Desktop-Umgebungen ausgerichtet sind, werden Datenvisualisierungen heutzutage auch auf den allseits präsenten Mobilgeräten wie Smartphones und Tablets eingesetzt. Die meisten Mobilgeräte sind jedoch persönliche digitale Begleiter, die in der Regel mäßig komplexe Daten (z.B. Fitness-, Gesundheits-, Finanz-, Wetter-, Nahverkehrsdaten) auf einem einzigen und sehr kompakten Display visualisieren, wodurch es grundsätzlich schwierig ist, die gesamte Bandbreite von bzw. gleichzeitig mehrere Blickwinkel auf Daten darzustellen. Die in dieser Arbeit vorgestellte Forschung greift diese Aspekte auf und versucht, neuartige Mobilgeräte-Interaktionen zu untersuchen, die eine Datenanalyse mit mehr als nur einem Gerät, mehr als nur einer Visualisierung und mehr als nur einem Benutzer ermöglichen. Im Mittelpunkt dieser Dissertation stehen vier durchgeführte Projekte, die sich anhand der folgenden Forschungsziele miteinander verbinden lassen: (i) Datenvisualisierung jenseits der einfachen Exploration persönlicher Daten ermöglichen, (ii) Mobilgeräte für InfoVis in geräteübergreifende Umgebungen einbinden und (iii) die Beweglichkeit und Räumlichkeit von Mobilgeräten für InfoVis ausnutzen. Um auf das erste Ziel hinzuarbeiten, liegt der Schwerpunkt meiner Forschung auf der Interaktion mit multivariaten Daten, die in mehreren miteinander verknüpften Visualisierungen (engl. multiple coordinated views, kurz MCV) abgebildet werden. Um das zweite Ziel zu adressieren, werden in meiner Arbeit zwei grundlegend unterschiedliche Gerätekonfigurationen behandelt: Der eine Teil befasst sich mit Szenarien, in denen eine oder mehrere Personen an einem Tisch sitzen, um Daten mit MCV zu analysieren, wobei die Ansichten auf mehrere Mobilgeräte verteilt sind (Mobilgeräte auf einem Tisch). Der andere Teil beschäftigt sich mit Szenarien, in denen ein wandgroßes Display eine große Anzahl von MCV anzeigt, während Mobilgeräte die Interaktion mit diesen Ansichten aus unterschiedlichen Positionen und Entfernungen ermöglichen (Mobilgeräte im 3D-Raum). Die Gerätekonfigurationen erlauben es zudem, verschiedene Einsatzzwecke und Rollen von mobilen Geräten während der Datenexploration zu untersuchen. Um auf das dritte Ziel hinzuwirken, untersuche ich mehrere räumliche Geräteinteraktionen. Dies umfasst die Platzierung und Anordnung mehrerer Mobilgeräte in sinnvollen räumlichen Konstellationen sowie Pointing-Interaktion die Touch- und räumliche Geräteeingaben miteinander kombiniert. Allgemein betrachtet wende ich in meiner Forschung einen explorativen Ansatz an. Ich entwickle eine Reihe von Techniken und führe Untersuchungen durch, die zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Mobilgeräte nicht nur für typische persönliche Visualisierungen, sondern auch in einem eher professionellen Umfeld als Teil neuartiger InfoVis-Umgebungen jenseits klassischer Desktop-Arbeitsplätze eingesetzt werden können.:Publications ... ix List of Figures ... xix List of Tables ... xx 1. Introduction ... 1 1.1. Research Objectives and Questions ... 5 1.2. Methodological Approach ... 8 1.3. Scope of the Thesis ... 10 1.4. Thesis Outline & Contributions ... 13 2. Background & Related Work ... 15 2.1. Data Visualization on a Mobile Device ... 16 2.1.1. Revisiting Differences of Data Visualization for Desktops and Mobiles ... 16 2.1.2. Visualization on Handheld Devices: PDAs to Smartphones ... 18 2.1.3. Visualization on Tablet Computers ... 20 2.1.4. Visualization on Smartwatches and Fitness Trackers ... 21 2.1.5. Mobile Data Visualization and Adjacent Topics ... 22 2.2. Cross-Device Data Visualization ... 24 2.2.1. General Components of Cross-Device Interaction ... ... 24 2.2.2. Cross-Device Settings with Large Displays ... 26 2.2.3. Cross-Device Settings with Several Mobile Devices ... 27 2.2.4. Augmented Displays ... 29 2.2.5. Collaborative Data Analysis ... 30 2.2.6. Technological Aspects ... 31 2.3. Interaction for Visualization ... 32 2.3.1. Touch Interaction for InfoVis ... 33 2.3.2. Spatial Interaction for InfoVis ... 36 2.4. Summary ... 38 3. VisTiles: Combination & Spatial Arrangement of Mobile Devices ... 41 3.1. Introduction ... 43 3.2. Dynamic Layout and Coordination ... 45 3.2.1. Design Space: Input and Output ... 46 3.2.2. Tiles: View Types and Distribution ... 46 3.2.3. Workspaces: Coordination of Visualizations ... 47 3.2.4. User-defined View Layout ... 49 3.3. Smart Adaptations and Combinations ... 49 3.3.1. Expanded Input Design Space ... 50 3.3.2. Use of Side-by-Side Arrangements ... 50 3.3.3. Use of Continuous Device Movements ... 53 3.3.4. Managing Adaptations and Combinations ... 54 3.4. Realizing a Working Prototype of VisTiles ... 55 3.4.1. Phase I: Proof of Concept ... 55 3.4.2. Phase II: Preliminary User Study ... 56 3.4.3. Phase III: Framework Revision and Final Prototype ... 59 3.5. Discussion ... 63 3.5.1. Limitations of the Technical Realization ... 63 3.5.2. Understanding the Use of Space and User Behavior ... 64 3.5.3. Divide and Conquer: Single-Display or Multi-Display? ... 64 3.5.4. Space to Think: Physical Tiles or Virtual Tiles? ... 65 3.6. Chapter Summary & Conclusion ... 66 4. Marvis: Mobile Devices and Augmented Reality ... 69 4.1. Introduction ... 71 4.2. Related Work: Augmented Reality for Information Visualization ... 74 4.3. Design Process & Design Rationale ... 75 4.3.1. Overview of the Development Process ... 75 4.3.2. Expert Interviews in the Design Phase ... 76 4.3.3. Design Choices & Rationales ... 78 4.4. Visualization and Interaction Concepts ... 79 4.4.1. Single Mobile Device with Augmented Reality ... 79 4.4.2. Two and More Mobile Devices with Augmented Reality ... 83 4.5. Prototype Realization ... 86 4.5.1. Technical Implementation and Setup ... 87 4.5.2. Implemented Example Use Cases ... 88 4.6. Discussion ... 94 4.6.1. Expert Reviews ... 94 4.6.2. Lessons Learned ... 95 4.7. Chapter Summary & Conclusion ... 98 5. FlowTransfer: Content Sharing Between Phones and a Large Display ... 101 5.1. Introduction ... 103 5.2. Related Work ... 104 5.2.1. Interaction with Large Displays ... 104 5.2.2. Interactive Cross-Device Data Transfer ... 105 5.2.3. Distal Pointing ... 106 5.3. Development Process and Design Goals ... 106 5.4. FlowTransfer’s Pointing Cursor and Transfer Techniques ... 108 5.4.1. Distance-dependent Pointing Cursor ... 109 5.4.2. Description of Individual Transfer Techniques ... 110 5.5. Technical Implementation and Setup ... 115 5.6. User Study ... 115 5.6.1. Study Design and Methodology ... 115 5.6.2. General Results ... 117 5.6.3. Results for Individual Techniques ... 117 5.7. Design Space for Content Sharing Techniques ... 119 5.8. Discussion ... 120 5.8.1. Design Space Parameters and Consequences ... 121 5.8.2. Interaction Design ... 121 5.8.3. Content Sharing-inspired Techniques for Information Visual- ization ... 122 5.9. Chapter Summary & Conclusion ... 123 6. Divico: Touch and Pointing Interaction for Multiple Coordinated Views ... 125 6.1. Introduction ... 127 6.2. Bringing Large-Scale MCV to Wall-Sized Displays ... 129 6.3. Interaction Design for Large-Scale MCV ... 130 6.3.1. Interaction Style and Vocabulary ... 131 6.3.2. Interaction with Visual Elements of Views ... 132 6.3.3. Control of Analysis Tools ... 134 6.3.4. Interaction with Visualization Views ... 134 6.4. Data Set and Prototype Implementation ... 135 6.5. User Study: Goals and Methodology ... 136 6.5.1. Participants ... 137 6.5.2. Apparatus ... 137 6.5.3. Procedure and Tasks ... 138 6.5.4. Collected and Derived Data ... 139 6.6. Results: User Behavior and Usage Patterns ... 140 6.6.1. Data Analysis Method ... 140 6.6.2. Analysis of User Behavior and Movement ... 140 6.6.3. Analysis of Collaboration Aspects ... 142 6.6.4. Analysis of Application Usage ... 145 6.7. Discussion ... 146 6.7.1. Setup ... 146 6.7.2. Movement ... 147 6.7.3. Distance and Interaction Modality ... 147 6.7.4. Device Usage ... 148 6.7.5. MCV Aspects ... 149 6.8. Chapter Summary & Conclusion ... 149 7. Discussion and Conclusion ... 151 7.1. Summary of the Chapters ... 151 7.2. Contributions ... 152 7.2.1. Beyond Casual Exploration of Personal Data ... 153 7.2.2. Multi-Device Settings ... 154 7.2.3. Spatial Interaction ... 156 7.3. Facets of Mobile Device Interaction for InfoVis ... 157 7.3.1. Mobile Devices ... 158 7.3.2. Interaction ... 160 7.3.3. Data Visualization ... 161 7.3.4. Situation ... 162 7.4. Limitations, Open Questions, and Future Work ... 162 7.4.1. Technical Realization ... 163 7.4.2. Extent of Visual Data Analysis ... 164 7.4.3. Natural Movement in the Spectrum of Explicit and Implicit User Input ... 165 7.4.4. Novel Setups & Future Devices ... 166 7.5. Closing Remarks ... 167 Bibliography ... 169 A. Appendix for ViTiles ... 219 A.1. Examples of Early Sketches and Notes ... 219 A.2. Color Scheme for Visualizations ... 220 A.3. Notes Sheet with Interview Procedure ... 221 A.4. Demographic Questionaire ... 222 A.5. Examplary MCV Images for Explanation ... 223 B. Appendix for Marvis ... 225 B.1. Participants’ Expertise ... 225 B.2. Notes Sheet with Interview Procedure ... 226 B.3. Sketches of Ideas by the Participants ... 227 B.4. Grouped Comments from Expert Interviews (Design Phase) ... 228 C. Appendix for FlowTransfer ... 229 C.1. State Diagram for the LayoutTransfer Technique ... 229 C.2. User Study: Demographic Questionnaire ... 230 C.3. User Study: Techniques Questionnaire ... 231 D. Appendix for Divico ... 235 D.1. User Study: Demographic Information ... 235 D.2. User Study: Expertise Information ... 237 D.3. User Study: Training Questionnaire ... 239 D.4. User Study: Final Questionnaire ... 241 D.5. Study Tasks ... 245 D.5.1. Themed Exploration Phase ... 245 D.5.2. Open Exploration Phase ... 246 D.6. Grouping and Categorization of Protocol Data ... 246 D.7. Usage of Open-Source Tool GIAnT for Video Coding Analysis ... 248 D.8. Movement of Participants (Themed Exploration Phase) ... 250 D.9. Movement of Participants (Open Exploration Phase) ... 254 E. List of Co-supervised Student Theses ... 25

Fahrdynamische Eigenschaften einer supraleitend gelagerten Magnetschwebebahn sowie deren didaktisches Anwendungspotential

Warum nutzen wir im schienengebundenen Transportwesen immer noch Rad-Systeme? Sie sind laut, belasten unter anderem durch Feinstaub die Umwelt und benötigen große Mengen an Energie, Personal und Material. Allein für die jährlichen Instandhaltungen gibt die Deutsche Bahn AG mehr als eine Milliarde Euro aus, wovon unter anderem zehntausende Radsätze pro Jahr erneuert werden müssen. Wäre es nicht nachhaltiger, komfortabler und umweltschonender, wenn man auf den Kontakt zwischen Rad und Schiene verzichten könnte? Eine Möglichkeit dafür sind Magnetschwebebahnen, die seit über 100 Jahren in verschiedenen Varianten erprobt und erforscht werden. Gerade im südostasiatischen Raum werden mittlerweile große Anstrengungen unternommen, auch kommerzielle Magnetschwebebahnsysteme mehr und mehr in den Personenverkehr einzubeziehen. In der vorliegenden Arbeit wird eine supraleitend gelagerte Magnetschwebebahn vorgestellt, deren Funktionsprinzip auf dem Pinningeffekt harter Supraleiter vom Typ II basiert. Dies erlaubt die Konstruktion und den grundsätzlichen Betrieb dieser Bahnen in verschiedenen Geometrien und in allen Geschwindigkeitsbereichen ohne – abgesehen von Luftreibung – nennenswerte Dissipationsverluste. Allerdings stellt diese Art der Fortbewegung von schwebenden Supraleitern über einer Permanentmagnetschiene eine – im Gegensatz zu herkömmlichen Rad-Schiene-Systemen – derzeit ungelöste Herausforderung dar, wenn Schienenlücken das Magnetfeld unterbrechen. Diese treten unweigerlich auf, wenn zwei Gleise sich kreuzen oder eine Weiche in den Transportweg eingebaut wird. Im Extremfall bleibt hier die Bahn stehen, was für eine praktische Anwendung nicht akzeptabel ist. Dieser Frage widmet sich unter anderem diese Arbeit. Zunächst jedoch wird, nachdem das System sowie die zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge detailliert erklärt werden, erstmals eine grundlegende fahrdynamische Analyse durchgeführt. Diese beinhaltet kinematische und dynamische Aspekte sowie energetische Untersuchungen. Einen erheblichen Anteil nehmen hierbei Analysen der an dem Schwebesystem angreifenden Widerstandskräfte ein. Die Rechnungen zeigen, dass eine solche Magnetschwebebahn herkömmlichen schienengebundenen Transportmitteln aufgrund des Zusammenwirkens von Pinning- und Levitationskräften in vielerlei Hinsicht fahrdynamisch zum Teil weit überlegen ist und grundsätzlich Fahrparameter erlaubt, die Rad-Schiene-Systeme nicht in dieser Weise erreichen können. Außerdem ergibt die Analyse der verschiedenen wirkenden Widerstandskräfte insgesamt sehr geringe Dissipationsverluste, wobei hier die Luftreibung den überwiegenden – aber grundsätzlich im Vergleich zu traditionellen Bahnen geringen – Hauptanteil übernimmt. Dieses Bahnsystem stellt damit eine umweltschonende, energiearme und sichere Alternative zu herkömmlichen Bahnen dar. Allerdings wird hier auch festgestellt, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, um Schienenlücken und andere spezielle Bahnkomponenten über- beziehungsweise durchfahren zu können. Insbesondere wurden hier experimentelle Untersuchungen an einer passiven Kreuzung durchgeführt, bei der vier Lücken überfahren werden müssen. Dabei wurde unter anderem festgestellt, welche Mindestanforderungen das Schwebefahrzeug erfüllen muss, um das Hindernis zu überfahren und welche Geschwindigkeitsreduktionen sich daraus ergeben. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit ein didaktisches Projekt vorgestellt, welches die Einbeziehung der Magnetschwebebahn in die gymnasiale Ausbildung eines Grundkurses 11 in Physik beinhaltet. Ausgehend von der Feststellung, dass das Interesse für Physik in der Bildung junger Menschen insgesamt sehr schlecht ausgeprägt ist, kann hier eine Möglichkeit untersucht werden, um durch die Faszination schwebender Fahrzeuge diesem Merkmal entgegenzuwirken. Aufgrund der vielfältigen Aspekte der untersuchten Magnetschwebebahn konnte eine trimodulare Unterrichtsreihe geplant und durchgeführt werden, die während eines gesamten Schuljahres des Kurses der Jahrgangsstufe 11 Schülerexperimente an und mit der Bahn vorsah. Diese beinhalteten grundlegende kinematische und dynamische Fragestellungen ebenso wie thermodynamische, energetische oder elektromagnetische Gesichtspunkte des gymnasialen Ausbildungsniveaus. Aufgrund der geringen Kursgröße beschränkte sich die Analyse der Fallstudie vorwiegend auf die grundsätzliche Durchführbarkeit eines solchen Projektes. Statistisch belastbare Aussagen über Ergebnisse der Interessen- und Motivationsentwicklungen konnten nicht erhoben werden, wobei dennoch deskriptive Ergebnisse im Anhang der Arbeit interessehalber vorgestellt werden. Insgesamt zeigt die vorliegende Arbeit die grundsätzliche, faszinierende, fahrdynamische Alternative des Magnetschwebesystems zu traditionellen Transportsystemen.:Verzeichnis verwendeter Abkürzungen 10 A Formelzeichen, Einheiten und Symbole 10 B Abkürzungen 16 I. Einleitung – Ziele der Arbeit 18 II. Supraleitend gelagerte Magnetschwebesysteme 22 1. Stand der Forschung 22 1.1 Einführung und Grundlagen 22 1.2 Magnetische Lager 23 1.3 Überblick zu magnetisch levitierenden Zügen 25 1.4 Supraleitend gelagerte MagLev-Projekte 29 2. Supraleitende Eigenschaften von (RE)Ba2Cu3O7-δ 34 3. Pinning und magnetische Grundlagen des supraleitenden Schwebens 40 3.1 Magnetische Grundlagen der Typ-II-Supraleiter 40 3.2 Grundlagen des Pinningeffekts 46 3.3 Zusammenhang zwischen Pinning und Levitationskräften 52 3.4 Schlussfolgerungen für supraleitende magnetische Lager 54 3.4.1 Einführung 54 3.4.2 Bauarten des Erregersystems 56 3.4.3 Permanentmagnete 59 3.4.4 YBCO-Massivkörper 60 3.4.5 Aspekte der Lagerrealisierung in diesem Projekt 67 4. Überblick zum SupraTrans-Projekt 70 5. Grundlagen der supraleitenden Magnetschwebebahn SupraTrans Mini 73 5.1 Grundaufbau und Geometrie 73 5.2 Magnetische Eigenschaften der Gleise 74 5.3 Aufbau und Eigenschaften des Fahrzeugs 75 5.4 Grundlegende Eigenschaften des SupraTrans Mini 77 5.4.1 Mechanische Stabilität der Gleise 77 5.4.2 Thermodynamik der Kryostaten 78 5.4.3 Tragkräfte und Steifigkeiten 80 5.4.4 Zum Verhältnis von Einkühl- und Schwebehöhe des Fahrzeugs unter Beachtung des Einflusses der Gewichtskraft 83 III. Fahrdynamische Eigenschaften und Parameter des SupraTrans Mini 86 6. Begriff der Fahrdynamik und Schlussfolgerungen 86 7. Kinematik der Magnetschwebebahn 86 7.1 Grundlagen 86 7.2 Kennlinienermittlung 88 7.3 Fahrbewegung im Gleisbogen 89 8. Statische und dynamische Eigenschaften 90 8.1 Grundlagen: Definition der Kräfte 90 8.2 Fahrdynamische Grundgleichungen 92 8.3 Koeffizienten der Kräfte 93 8.4 Beschleunigungen der Kräfte 94 9. Widerstandskräfte 94 9.1 Überblick 94 9.2 Massenkraft FM 95 9.3 Anfahrwiderstandskraft 95 9.4 Luftwiderstandskraft FLuft 96 9.5 Schlussfolgerungen 98 10. Gesamtenergie des schwebenden Systems 99 10.1 Grundlagen 99 10.2 Kinetische Energie 100 10.3 Potenzielle Energie 101 10.4 Dissipationsprozesse 101 10.5 Energetische Systembilanz 102 10.6 Schlussfolgerungen 102 11. Fahrdynamik im Zusammenhang mit speziellen Bahnkomponenten 103 11.1 Gleisbögen 103 11.2 Schienenlücken 106 11.3 Passive Kreuzung 108 11.3.1 Grundlagen 108 11.3.2 Fahrverhalten ohne zusätzliche Einsätze 109 11.3.3 Fahrverhalten mit Einsätzen 110 11.3.4 Vergleich des Fahrverhaltens mit und ohne Einsätze 111 11.3.5 Ausblick 113 11.4 Steigungen – vertikaler Bogen 114 12. Zusammenfassung und Ausblicke 116 IV. Potenzial der Magnetschwebebahn in einem didaktischen Projekt 118 13. Ausgangslage, Motivation und Zielsetzungen 118 14. Stand der Forschung zu außerschulischen Lernorten – Grenzen und Möglichkeiten 120 14.1 Einführung und Überblick 120 14.2 Einige Beispiele für außerschulische Lernorte in Deutschland 122 14.3 Überblick zum Stand der Forschung zu außerschulischen Lernorten 124 15. Rahmenbedingungen der Evaluationsstudie 131 15.1 Das Forschungslabor 131 15.2 Schulische Rahmenbedingungen 131 16. Das trimodale Unterrichtskonzept 132 16.1 Modul I: Schülerexperimente an der supraleitend gelagerten Magnetschwebebahn SupraTrans Mini im Forschungslabor 133 16.2 Modul II: Vorlesungen zu physikalischen Basisinhalten 134 16.3 Modul III: Seminare und Übungen 134 16.4 Beschreibung der Durchführung des Unterrichtsprojektes in der FG 135 17. Anmerkungen zur Analyse des Unterrichtskonzepts 136 17.1 Grundsätzliche Bemerkungen zur statistischen Auswertung 136 17.2 Arbeit im Forschungslabor: Modul I 137 17.3 Erfüllung der Unterrichtsziele 138 17.4 Individuelle Schülerleistungen 140 17.5 Experimentelle Fähigkeiten 142 17.6 Übergang in weiterführende Bildungseinrichtungen 145 18. Zusammenfassung und Einordnung 147 V. Gesamtbetrachtung und Ausblick 150 Anhang 152 A.1 Addendum: Gesamtanalyse des didaktischen Projektes und Beispiele für individuelle Entwicklungen im Rahmen des Unterrichtskonzeptes 152 A.1.1 Datenerfassung 152 A.1.2 Zur vergleichenden Leistungsbewertung 153 A.1.3 Die individuellen Eingangsvoraussetzungen beider Kurse 154 1. Allgemeine Grundlagen und Zielsetzungen 154 2. Die individuellen Eingangsvoraussetzungen der KG 155 3. Die individuellen Eingangsvoraussetzungen der FG 157 A.1.4 Interessensentwicklung der Schüler der FG im Vergleich zur KG 158 1. Empirische Grundlagen 158 2. Beispiele: Interessenprofile der KG am Übergang in die Abiturstufe 160 3. Vergleich der Interessenprofile der KG und der FG zu Beginn und am Ende der beiden jeweiligen Testphasen 166 A.1.5 Motivationsentwicklung der Schüler während des Untersuchungszeitraums 167 1. Fragestellung und empirische Grundlagen 167 2. Ergebnisse und Diskussion 168 A.1.6 Entwicklungen des individuellen Lernstils der Schüler der FG im Vergleich zur KG 169 1. Grundlagen 169 2. Ergebnisse der Lerntypentests und Diskussion 172 A.1.7 Einfluss der Intelligenz der Schüler der FG im Vergleich zur KG 174 1. Einführung 174 2. Ergebnisse der Intelligenztests und Diskussion 176 A.1.8 Motivationsentwicklung im Zusammenhang mit den Schülerexperimenten des Moduls I 177 A.1.9 Analyse ausgewählter Bestandteile der Projektevaluation 181 A.1.10 Beispiele für individuelle Entwicklungen ausgewählter Schülerinnen im Projekt 182 1. Bemerkungen zu den Auswahlkriterien der ausgewählten Schülerinnen und den Schwerpunkten der Analyse 182 2. Individualanalysen einzelner Projektdaten 183 3. Interpretation der Ergebnisse der Individualanalysen 187 A.1.11 Zusammenfassende Bemerkungen 188 A.2 Modellbildung mittels des Programms „Moebius“ 190 A.3 Literaturverzeichnis 192 A.4 Abbildungsverzeichnis 208 A.5 Tabellenverzeichnis 216 A.6 Dokumente der Unterrichtsmodule 218 A.6.1 Fragebögen 218 A.6.2 Materialien zur Unterrichtsorganisation 218 A.6.3 Materialien zum Modul I 224 A.6.4 Materialien zum Modul II 224 A.6.5 Materialien zum Modul III 224 A.7 Eigene Veröffentlichungen 226 Danksagungen 228 Eidesstattliche Erklärung 23

Einleitung: What could possibly go wrong? – Risiken und Wirkungen der Gestaltung

Im Februar 2024 leitet die EU-Kommission ein Verfahren gegen TikTok ein. Der Plattform wird vorgeworfen, neben schädlichen und jugendgefährdenden Inhalten ein «süchtig machendes Design» zu verwenden1. Die Gestaltung der App, das infinite scrolling, der sticky content und die personalisierten Inhalte, würden ein erhöhtes Risiko für die Nutzer:innen darstellen. Zur gleichen Zeit berät der Rat der Europäischen Kommission über eine Ecodesign-Verordnung2, mit der die Vernichtung von Neuwaren verboten werden soll und läuft beim Bund eine Ausschreibung zur Förderung von sozialen Innovationen, «um die Transformation gemeinwohlorientiert zu gestalten, die Partizipation und Mitgestaltung betroffener Akteure zu gewährleisten, Lebensstile zu verändern und Zielkonflikte auszugleichen»3. Gestaltung, einmal als hinterhältiges Werkzeug zur subtilen Manipulation, einmal als Hoffnungsträger, um im Sinne des Green New Deals4 die Unvereinbarkeit von wachstumsorientiertem Wohlstand und einem umweltverträglichen Leben zu überwinden. In beiden Beispielen aber wird deutlich, dass der Designdisziplin eine Handlungsfähigkeit zugeschrieben wird, etwas bewirken zu können, auch unabhängig vom jeweiligen Wertekanon. Was könnte schon schief gehen? – Eine Kernfrage der diesjährigen Jahrestagung der DGTF, so optimistisch wie auch provozierend, stellt die Rolle von Designer:innen und Designpraktiken im Umgang mit gegenwärtigen gesellschaftlichen, politischen und ökologischen Herausforderungen ins Zentrum der Debatte. Neben der disziplinären Selbstbefragung, inwiefern eine systematische Folgenabschätzung zum Instrumentarium der Designforschung gehören sollte, wie es etwa in den Umwelt- und Nachhaltigkeitswissenschaften der Fall ist, ging es auch darum, die Wirkungsmacht der Gestaltung kritisch zu beleuchten. Diese Überlegungen führen zu den zentralen Fragen der DGTF-Tagung 2024: Welche Wirkungsmacht hat Design tatsächlich? Wie erzielt Design Impact? Wie gehen wir mit den Konsequenzen von Gestaltung um? Wie kann die Wirkung von Design gemessen werden?:Wirkungsabmessung und Folgenabschätzung im Design? Steuerung planvoller Veränderung Design als Akteurin des Wandels Übersicht der Beiträge in diesem Band Referenze

Sustainability by Design: The use of design methodologies in transferring ecological and economic theories into everyday life

DESIGNING GOVERNANCE – POWER AND COMPLICITY:Introduction Transfer as adaptation and concretisation Transferring Theories trough design methodologies Foundation: Doughnut economics Reflection on the impact of Design Scientific tandems Monitoring transfer projects Outlook Acknowledgements ReferencesSustainability by Design (SBYD) investigates how design methodologies can be used to transfer knowledge from sustainability research into society and the economy. In this paper, we use the concept of mode 2 science to examine how the understanding of knowledge transfer has changed. Drawing on this, we examine why design methodologies are particularly well-suited as a transfer medium. We argue that their use is promising within sustainable transformation, to bring theories and scientific findings into new contexts, to disseminate these to a wider audience, and to concretise and develop transformative knowledge further in the process. Furthermore, the paper presents the underlying theories and structures of SBYD and shows how, in our practical work, these theories are translated into concrete methods and formats. Finally, we discuss the possibilities of evaluating the use of design within transfer processes, thus assessing its impact and limitations.:Introduction Transfer as adaptation and concretisation Transferring Theories trough design methodologies Foundation: Doughnut economics Reflection on the impact of Design Scientific tandems Monitoring transfer projects Outlook Acknowledgements Reference

Ultrasonic treatment as a modern technique to facilitate the extraction of phenolic compounds from organic sunflower seed cakes

BACKGROUND: Three different organic sunflower seed cakes, produced from seeds differing in the content of their hulls, were extracted by two different extraction methods – conventional extraction (CE) and ultrasound-assisted extraction (UAE). The total phenolic compound (TPC) content of the extracts was evaluated using Folin–Ciocâlteu reagent (FCR) and high-performance liquid chromatography (HPLC). The antioxidant capacity of extracts was evaluated with the Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) assays. RESULTS: The results showed that both extracts displayed high TPC content and antioxidant capacity. The UAE method showed significantly higher TPC content and antioxidant capacity values than CE. Individual phenolic compounds such as chlorogenic acid (CGA) isomers (3-, 4- and 5-O-caffeoylquinic acids), di-CGA isomers, and feruloylquinic and coumaroylquinic acids were identified according to their exact masses by HPLC coupled to time-of-flight mass spectrometry. CONCLUSION: The results revealed that the UAE method could be used effectively to facilitate the extraction of phenolic compounds from sunflower seed cake. © 2023 The Authors. Journal of The Science of Food and Agriculture published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry

Forschungssoftware im Kontext von Open Science

Forschungssoftware ist ein zentraler Bestandteil wissenschaftlicher Arbeit, der gut dokumentiert, öffentlich zugänglich und reproduzierbar sein sollte. Initiativen wie die FAIR4RS-Principles, Software Heritage oder die neuen DFG-Förderprogramme und NFDI-Dienste in Deutschland fördern die nachhaltige Nutzung, Entwicklung und Anerkennung von Forschungssoftware. Neben dem Überblick zum Thema stellen wir in dieser Ausgabe auch die international genutzte Forschungssoftware OpenGeoSys (OGS) vor, zu deren Hauptentwicklern Mitarbeiter des Instituts für Geotechnik der TU Bergakademie Freiberg gehören

Normative Ordnungen und Paradoxien – Beiträge aus dem Kontext der Frankfurter Schule: Doppelbesprechung

Der Band ist in die beiden Teile „Theoriegeschichtliche Perspektiven“ und „Materiale Studien“ gegliedert. Die Aufsätze zur Theoriegeschichte richten sich jeweils auf einzelne Autoren, nämlich Tocqueville, Nietzsche, Max Weber, Simmel, Siegfried Kracauer und Albert O. Hirschman. Der zweite Teil enthält eine Reihe von Fallstudien. Stephan Voswinkel beschreibt einige Charakteristika moderner Arbeitsformen (über deren empirische Verteilung und Verbreitung keine Information geliefert wird), zum Beispiel Arbeitszeitsouveränität

Treatment of Acquired von Willebrand Disease due to Extracorporeal Membrane Oxygenation in a Pediatric COVID-19 Patient with Vonicog Alfa: A Case Report and Literature Review

Acquired von Willebrand disease (aVWD) is frequently observed in patients with the need for extracorporeal membrane oxygenation (ECMO). aVWD can be treated by plasma-derived concentrates containing factor VIII (FVIII) and/or von Willebrand factor (VWF) and recombinant VWF concentrate as well as adjuvant therapies such as tranexamic acid and desmopressin. However, all of these therapeutic options possibly cause thromboembolism. Therefore, the optimal treatment remains uncertain. This report presents a case of a 16-year-old patient suffering from severe acute respiratory distress syndrome due to coronavirus disease 2019 with the need of ECMO support. Our patient developed aVWD under ECMO therapy characterized by loss of high-molecular-weight multimers (HMWM) and severe bleeding symptoms following endoscopic papillotomy due to sclerosing cholangitis. At the same time standard laboratory parameters showed hypercoagulability with increased fibrinogen level and platelet count. The patient was successfully treated with recombinant VWF concentrate (rVWF; vonicog alfa; Veyvondi) combined with topic tranexamic acid application and cortisone therapy. rVWF concentrate vonicog alfa is characterized by ultra-large multimers and absence of FVIII. Patient could be successfully weaned from ECMO support after 72 days. Multimer analysis 1 week after ECMO decannulation showed an adequate reappearance of HMWM

Psychophysiological reactions during the trauma-film paradigm and their predictive value for intrusions

Background: Adequate adaptation of the autonomic nervous system (ANS) is crucial in potentially life-threatening situations. The defence cascade provides a descriptive model of progressing dominant physiological reactions in such situations, including cardiovascular parameters and body mobility. The empirical evidence for this model is scarce, and the influence of physiological reactions in this model for predicting trauma-induced intrusions is unresolved. Objectives: Using a trauma-film paradigm, we aimed to test physiological reactions to a highly stressful film as an analogue to a traumatic event along the defence cascade model. We also aimed to examine the predictive power of physiological activity for subsequent intrusive symptoms. Method: Forty-seven healthy female participants watched a stressful and a neutral film in randomized order. Heart rate (HR), heart rate variability (HRV), and body sway were measured. Participants tracked frequency, distress, and quality of subsequent intrusions in a diary for 7 consecutive days. Results: For the stressful film, we observed an initial decrease in HR, followed by an increase, before the HR stabilized at a high level, which was not found during the neutral film. No differences in HRV were observed between the two films. Body sway and trembling frequency were heightened during the stressful film. Neither HR nor HRV predicted subsequent intrusions, whereas perceived distress during the stressful film did. Conclusions: Our results suggest that the physiological trauma-analogue response is characterized by an orientation response and subsequent hyperarousal, reaching a high physiological plateau. In contrast to the assumptions of the defence cascade model, the hyperarousal was not followed by downregulation. Potential explanations are discussed. For trauma-associated intrusions in the subsequent week, psychological distress during the film seems to be more important than physiological distress. Understanding the interaction between physiological and psychological responses during threat informs the study of ANS imbalances in mental disorders such as post-traumatic stress disorder