Waldbrandbekämpfungstechnologien

In ganz Deutschland verbrennen jährlich mehrere Tausend Hektar Wald, wobei Hunderttausende Tonnen CO2-Äquivalente ausgestoßen werden. Neben ökologischen Folgen verursachen Waldbrände auch ökonomische Schäden und können negative gesundheitliche Folgen haben. Im Zuge der Klimaerwärmung und der hieraus resultierenden erhöhten Trockenheit der Wälder steigt in Deutschland das Waldbrandrisiko. Aufgrund stark unterschiedlicher Gegebenheiten in den deutschen Wäldern – etwa klimatischen Bedingungen, Topografien oder Baumbestand – sind verschiedene Regionen auch unterschiedlich stark betroffen. Waldbrandbekämpfung erfordert ein effizientes, ganzheitliches Management, welches Prävention, Früherkennung sowie die eigentliche Feuerbekämpfung umfasst. Zur technischen Unterstützung der Wald-brandprävention werden aktuell Prognosetools mit Algorithmen künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt, die, anhand von Daten unterschiedlicher optischer oder meteorologischer Sensoren, die Risikobewertung durch präzisere Vorhersagen verbessern. Zur Früherkennung von beginnenden Bränden eignen sich unterschiedliche Monitoringtechnologien wie Satelliten, Drohnen (bestückt mit optischen Sensoren wie z. B. Infrarotkameras) oder bodennahe Sensornetze (ausgestattet u. a. mit Gassensoren). Solche Systeme sind in Ländern mit einer längeren Waldbrandhistorie bereits etabliert. Auch die Europäische Union bietet mit ihrem System „EFFIS“ einen Ansatz zur Waldbrandprävention und -früherkennung an. Auf nationaler Ebene existiert in Deutschland der Waldbrandgefahrenindex zur Risikoeinschätzung sowie die „IQ FireWatch“ zur Waldbrandfrüherkennung. Aufgrund der örtlichen Zugänglichkeiten der Waldgebiete variieren die Anforderungen an Technologien zur Brandbekämpfung und hängen stark von den gebietsspezifischen Gegebenheiten ab. Löschfahrzeuge müssen geländegängig sein sowie im Falle besonderer Gefährdung durch z. B. munitionsbelastete Böden auch Schutz für die Einsatzkräfte bieten. Unbemannte ferngesteuerte oder autonom fahrende Fahrzeuge bieten das Potenzial, die Brandbekämpfung zu unterstützen, sind allerdings bislang noch Teil von Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Auch Technologien, die die Kommunikation der Einsatzkräfte vor Ort unterstützen und Echtzeitsituationsberichte erstellen, wie fliegende 5G-Antennen für mobile Funknetze oder unbemannte Segelflieger für Echtzeitbildmaterial, sind noch Gegenstand der Forschung. Waldbrandbekämpfung bzw. der Waldschutz ist in der Zuständigkeit der Bundesländer verortet. Aufgrund der unterschiedlichen Betroffenheit setzen einzelne Bundesländer verschiedene Schwerpunkte im Rahmen von Aktionsplänen zur Waldbrandbekämpfung inklusive hier relevanter Ansätze zur innovativen Technologienutzung

Seltene Erden : Rohstoffsicherung und Potenziale der Gewinnung in Europa

Seltene Erden sind ein fundamentaler Rohstoff für technologische Entwicklungen. Ihre Verfügbarkeit ist daher für die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit in allen Bereichen der Wirtschaft unverzichtbar. Sie sind essenzieller Bestandteil für Technologien der Energie- und Mobilitätswende und der Digitalisierung, sodass der Bedarf an Seltenen Erden perspektivisch massiv steigen wird. Vorkommen und Förderung von Seltenen Erden konzentrieren sich weltweit auf nur sehr wenige Länder außerhalb Europas. Deutschland und die EU sind somit nahezu vollständig von Importen abhängig. Die große Marktmacht einzelner Rohstoffproduzenten und insbesondere die Quasimonopolstellung Chinas als Hauptlieferant bergen dementsprechend große Versorgungsrisiken. Die Erschließung neuer Lagerstätten in Europa, das Recycling und der Aufbau einer Kreislaufwirtschaft sind Ansätze, um diese Importabhängigkeit zu reduzieren. Der Aufbau einer europäischen Bergbau- und Minenindustrie für Seltene Erden hat für Europa und Deutschland fundamentale geopolitische Bedeutung. Mit dem Kommissionsvorschlag für eine Europäische Verordnung zu kritischen Rohstoffen wurden für den Bergbau und die Weiterverarbeitung Seltener Erden erste Weichen in Richtung vereinfachte und verkürzte Genehmigungsverfahren für Minenprojekte gestellt. Lagerstätten innerhalb Europas befinden sich in Schweden, Grönland und Finnland. Auch in Deutschland gibt es in der Nähe von Leipzig ein Vorkommen. Ein Recycling Seltener Erden wird in Europa bisher noch wenig betrieben. Gründe hierfür liegen neben der bislang mangelnden Kosteneffizienz primär in technischen Schwierigkeiten, die sich bei der Gewinnung Seltener Erden aus Altprodukten ergeben. Überdies lassen sich aufgrund des hohen Verteilungsgrades und der niedrigen Materialanteile nur geringe Mengen rückgewinnen. Grundsätzlich finden nur wenige potenzielle Recyclingmaterialien den Weg zur Rückgewinnung. Der Ansatz eines kreislauforientierten Wirtschaftens geht über ein bloßes Recycling hinaus. Er zielt darauf ab, den Wert der Materialien effektiver und länger im System von Gewinnung, Produktion und Verwendung zu führen. Berechnungen zufolge ließe sich ein großer Teil der erwarteten Nachfrage an Seltenen Erden in einer Kreislaufwirtschaft decken, in der technische Innovationen, Recycling und Verhaltensänderungen ineinandergreifen

An Adaptive Virtual Training System Based on Universal Design

The increasing complexity of manufacturing environments requires effective training systems to prepare the operation personnel for their tasks. Several training systems have been proposed. A common approach is the application of virtual environments to train interactions with an industrial machine in a safe, attractive, and efficient way. However, these training systems cannot adapt to the requirements of an increasingly diversified workforce. This paper introduces an approach for the design of an adaptive virtual training system based on the idea of universal design. The system is based on a two-step approach that consists of an initial adaptation to the user capabilities and real-time adaptations during training based on measurements of the user. The adaptations concern the use of different representations of lessons with different complexity and interaction modalities. The proposed approach provides a flexible training system that can adapt to the needs of a broad group of users

Sustainable Cooling – nachhaltige Kühlungsstrategien

Die TAB-Kurzstudie Nr. 4 gibt einen Überblick über Ansätze zur Vermeidung des Kühlbedarfs, die insbesondere im Bereich der Stadtplanung und Architektur verortet sind. Darüber hinaus werden technologische und nichttechnische Innovationen dargestellt, die auf die Entwicklung effizienter und emissionsarmer Kühlungstechnologien und -konzepte sowie die Ermöglichung des Zugangs zu diesen Technologien für breite Bevölkerungsschichten fokussieren. Abschließend werden die zentralen politischen Handlungsfelder erörtert, in denen die Umsetzung nachhaltiger Kühllösungen vorangetrieben werden kann bzw. muss

Pan-Cancer Analysis of lncRNA Regulation Supports Their Targeting of Cancer Genes in Each Tumor Context

Long noncoding RNAs (lncRNAs) are commonly dys-regulated in tumors, but only a handful are known toplay pathophysiological roles in cancer. We inferredlncRNAs that dysregulate cancer pathways, onco-genes, and tumor suppressors (cancer genes) bymodeling their effects on the activity of transcriptionfactors, RNA-binding proteins, and microRNAs in5,185 TCGA tumors and 1,019 ENCODE assays.Our predictions included hundreds of candidateonco- and tumor-suppressor lncRNAs (cancerlncRNAs) whose somatic alterations account for thedysregulation of dozens of cancer genes and path-ways in each of 14 tumor contexts. To demonstrateproof of concept, we showed that perturbations tar-geting OIP5-AS1 (an inferred tumor suppressor) andTUG1 and WT1-AS (inferred onco-lncRNAs) dysre-gulated cancer genes and altered proliferation ofbreast and gynecologic cancer cells. Our analysis in-dicates that, although most lncRNAs are dysregu-lated in a tumor-specific manner, some, includingOIP5-AS1, TUG1, NEAT1, MEG3, and TSIX, synergis-tically dysregulate cancer pathways in multiple tumorcontexts

Pan-cancer Alterations of the MYC Oncogene and Its Proximal Network across the Cancer Genome Atlas

Although theMYConcogene has been implicated incancer, a systematic assessment of alterations ofMYC, related transcription factors, and co-regulatoryproteins, forming the proximal MYC network (PMN),across human cancers is lacking. Using computa-tional approaches, we define genomic and proteo-mic features associated with MYC and the PMNacross the 33 cancers of The Cancer Genome Atlas.Pan-cancer, 28% of all samples had at least one ofthe MYC paralogs amplified. In contrast, the MYCantagonists MGA and MNT were the most frequentlymutated or deleted members, proposing a roleas tumor suppressors.MYCalterations were mutu-ally exclusive withPIK3CA,PTEN,APC,orBRAFalterations, suggesting that MYC is a distinct onco-genic driver. Expression analysis revealed MYC-associated pathways in tumor subtypes, such asimmune response and growth factor signaling; chro-matin, translation, and DNA replication/repair wereconserved pan-cancer. This analysis reveals insightsinto MYC biology and is a reference for biomarkersand therapeutics for cancers with alterations ofMYC or the PMN

Genomic, Pathway Network, and Immunologic Features Distinguishing Squamous Carcinomas

This integrated, multiplatform PanCancer Atlas study co-mapped and identified distinguishing molecular features of squamous cell carcinomas (SCCs) from five sites associated with smokin

Spatial Organization and Molecular Correlation of Tumor-Infiltrating Lymphocytes Using Deep Learning on Pathology Images

Beyond sample curation and basic pathologic characterization, the digitized H&E-stained images of TCGA samples remain underutilized. To highlight this resource, we present mappings of tumorinfiltrating lymphocytes (TILs) based on H&E images from 13 TCGA tumor types. These TIL maps are derived through computational staining using a convolutional neural network trained to classify patches of images. Affinity propagation revealed local spatial structure in TIL patterns and correlation with overall survival. TIL map structural patterns were grouped using standard histopathological parameters. These patterns are enriched in particular T cell subpopulations derived from molecular measures. TIL densities and spatial structure were differentially enriched among tumor types, immune subtypes, and tumor molecular subtypes, implying that spatial infiltrate state could reflect particular tumor cell aberration states. Obtaining spatial lymphocytic patterns linked to the rich genomic characterization of TCGA samples demonstrates one use for the TCGA image archives with insights into the tumor-immune microenvironment

Faculty Publications for Academic Year 2018-19

Faculty publications of School of Architecture for the academic year 2018- 201