Optimierung der Leistungsfähigkeit elektrothermischer Polymeraktoren aus SU-8 am Beispiel eines haptischen Displays

Die Untersuchung der Betriebsgrenzen und die Optimierung der Leistungsfähigkeit miniaturisierter elektrothermischer Polymeraktoren sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Diese Aktorklasse definiert sich durch die Nutzung der thermischen Ausdehnung von eingespannten mikrostrukturierten Stäben oder Platten. Durch lokale Erzeugung Joule’scher Wärme wird die Aktorgeometrie definiert ausgedehnt und eine gerichtete Bewegung erzeugt. Die Analyse des Stands der Technik umfasst 115 Publikationen und gibt eine Übersicht über miniaturisierte elektrothermische Aktoren. Zunächst werden die häufigsten Grundgeometrien diskutiert und auf Applikationen und Kenndaten der Aktoren eingegangen. Die Aktoren nehmen aktive Flächen von 118 µm² bis 825 mm² ein, erreichen Auslenkungen zwischen 35 nm und 621 µm und Kräfte von 2,8 µN bis 40 mN. Die Leistungsaufnahme liegt zwischen 0,5 mW und 6 W. Elektrothermische Polymeraktoren sind mit 14 % im Stand der Technik vertreten. Als Material kommt überwiegend der UV-Negativresist SU-8 zum Einsatz, der die kostengünstige Fertigung großer, mechanisch stabiler Aktoren mit hohen Kräften ermöglicht. Gerade im Hinblick auf eine Interaktion mit der Umwelt ist dies erforderlich. Aus der Übersicht der Polymeraktoren leiten sich die Forschungsfragen ab: Die thermische und mechanische Stabilität der Werkstoffe SU-8 (Dehnungskörper) und galvanisch abgeschiedenes Nickel (Heizer) soll untersucht und optimiert werden. Weiterhin soll die Temperaturverteilung in den geheizten Bereichen der Aktorgeometrie homogenisiert werden, um die Leistungsfähigkeit der Aktoren zu erhöhen. Eine Übersicht der notwendigen Fertigungstechnologien zeigt den Gestaltungsspielraum der Aktorauslegung auf. Die im Rahmen der Arbeit durchgeführte Prozessentwicklung eröffnet weitere Möglichkeiten. Die bestehenden Lithographieprozesse für Galvanoformen mit einer Strukturweite von 50 µm auf rauen Substraten werden hin zu 20 µm optimiert. Weiterhin wird ein Sprühbelackungsprozess etabliert, mit dem sich große freistehende Topologien bis zu 300 µm Höhe konform mit 7...30 µm Lack beschichten lassen. Außerdem werden Substrate im Anschluss an die mikrotechnische Fertigung erfolgreich durch Mikrofräsen strukturiert. So können Leiterplattenkomponenten mit Mikrosystemen im Batch gefertigt werden. Die Konstruktionsmaterialien der Mikroaktoren, SU-8 und galvanisch abgeschiedenes Nickel, werden im Hinblick auf ihre Einsatzgrenzen untersucht. Die Eigenschaften von beiden Werkstoffen sind abhängig von den Herstellungsparametern. Für SU-8 werden der Vernetzungsgrad, die Glastemperatur und die intrinsischen Spannungen bestimmt. In der Untersuchung des Vernetzungsgrade mittels Infrarotspektrometrie erweisen sich die Maximaltemperaturen von Post- und Hardbake als kritische Parameter, die so hoch wie möglich zu wählen sind. Die Glastemperatur und das Temperaturverhalten des Elastizitätsmoduls werden mittels Dynamisch-Mechanischer Analyse (DMA) untersucht. Unterschiede in der Postbaketemperatur beeinflussen die Glastemperatur auch nach dem Hardbake. Zu Gunsten der Strukturauflösung wird der Postbake auf 95 °C festgelegt, der Hardbake darf wegen des gewählten Substratmaterials FR-4 180 °C nicht überschreiten. Daraus folgt eine Glastemperatur von ca. 135 °C und eine Betriebsgrenze der Mikroaktoren von 120 °C. Intrinsische Schichtspannungen werden mit Hilfe von Zeigerteststrukturen untersucht. Es ergeben sich Spannungsbeträge von 3...11 MPa. Durch sequentielles Fertigen von zwei SU-8-Schichten mit unterschiedlichen Parametern lassen sich Spannungsgradienten und damit vorgespannte Strukturen erzeugen. Für galvanisch aus einem Sulfamatbad abgeschiedenes Nickel als Heizermaterial sind die mechanischen und elektrischen Eigenschaften wichtig. Die Parameter Temperatur, Stromdichte, Pulse-Plating-Frequenz, Puls-Pause-Verhältnis, Kathodenanströmung und -rotation beeinflussen die Schichtbeschaffenheit während der Herstellung. Die mechanischen Eigenschaften E-Modul (150 GPa), Zugfestigkeit (540 MPa) und intrinsische Spannungen (≤20 MPa) sind im Stand der Technik bereits untersucht und werden anhand einer Literaturrecherche aufgearbeitet. Die Charakterisierung des spezifischen Widerstands erfolgt durch eigene Versuche mit Hilfe eines statistischen Versuchsplans. Es ergeben sich Mittelwerte von 0,065 Ωmm²/m bis 0,078 Ωmm²/m, was in der Größenordnung von Bulk-Material liegt. Auswirkungen haben vor allem die Parameter Stromdichte, Pulse-Plating und Substratmaterial. Der Temperaturkoeffizient wird aus der Bestromung einer metallischen Streifenprobe bestimmt und ergibt sich zu 5,93·10−3/K. Für die Optimierung der Aktoren ist eine gezielte Beeinflussung des Temperaturfelds durch die Heizergeometrie nötig. Hierfür wird ein neues gekoppeltes FEM-Modell erarbeitet, das erstmals Substrat, Luftspalte, Dehnungskörper und vor allem den Heizer als Volumenkörper berücksichtigt. Die Parametrisierung erfolgt über das in den vorigen Kapiteln bestimmte Materialverhalten und eigene Versuche zum Konvektionskoeffizienten (40 W/(m²K). Das Modell wird an einem vermessenen Aktor validiert und eine Genauigkeit aller Domänen von ±4 % erreicht. Das Modell ermöglicht ein neuartiges Optimierungsverfahren für die Mikroaktoren: Die thermische Leitfä- higkeit eines zu heizenden Dehnungskörpers wird analysiert. Daraus leitet sich die lokal nötige Leistungsabgabe des Heizers und damit ein geometrieangepasster Heizer ab. Damit stellt sich auf möglichst weiten Bereichen des heißen Balkens die Maximaltemperatur ein. Die Methode wird am Beispiel eines Referenzaktors mit einem aktiven Volumen von 4 x 1 x 0,3 mm³ vorgestellt und angewendet. Es wird eine Blockierkraft von 43,7 mN und eine Leerlaufauslenkung von 56,9 µm erreicht. Die simulierte Leistungssteigerung beträgt damit 17 %. Das Verhalten der Aktoren mit verbesserten Materialien und optimiertem Heizer wird in statischen, dynamischen und Langzeituntersuchungen bestimmt. Auslenkung und Temperatur sind proportional zur Steuerleistung, in den ersten Aktorzyklen tritt jedoch eine remanente Nulllagenverschiebung entgegen der Betriebsrichtung von 25 % des Aktorhubs auf. Bei einer Steuerleistung von 150 mW stellen sich eine maximale Temperatur von 120 °C und eine Auslenkung von 50 µm ein. Im Dauertest sinkt die erreichbare Anzahl Aktorzyklen mit ansteigender Steuerleistung: Bei 150 mW werden >45.000 Zyklen, bei 315 mW noch ca. 900 Zyklen erreicht. Ausfallgrund ist der Ermüdungsbruch des Heizers. Die Leistung von ca. 350 mW führt zur thermischen Zerstörung (ca. 200 °C) der Aktoren. Die Ansprechzeit der Aktoren bei 150 mW ergibt sich bei Stromspeisung zu 1,9 s, bei Spannungsspeisung werden 1,4 s erreicht. Der Grund hierfür ist die träge Erwärmung des Heizers. Der Vergleich von Referenzaktor und optimiertem Design ergibt eine Steigerung der Auslenkung von 20...30 %. Im letzten Teil der Arbeit wird eine neuartige Applikation für elektrothermische Polymeraktoren behandelt: Ein haptisches Display, bestehend aus einem Array taktiler Bildpunkte (Taxel), wird in die Taste einer Fernsehfernbedienung integriert. Jedes Taxel lässt sich um eine feste Höhenstufe aus der Tastenfläche anheben, um dem Benutzer haptische Icons darzustellen. Mit Hilfe der Staircase-Methode mit festen Stimuli wird die Zweipunktschwelle von Senioren ermittelt. Daraus folgt ein Taxelabstand von 2,5 mm, eine Taxelhöhe von 0,5 mm und die quadratische Grundform zur Darstellung geschlossener Linienzüge und deutlicher Abstände. Ein neuartiger Antrieb, basierend auf einer mechanisch bistabilen Verriegelung mit je einem elektrothermischen In-Plane- und Out-of-Plane-Aktor, wird vorgestellt, aufgebaut und charakterisiert. Mit einem Leistungsbedarf von 110 mW (In-Plane) und 290 mW (Out-of-Plane) wird ein Hub von 0,6 mm und eine Schaltzeit von 5,2 s erreicht. Die Schaltenergie beträgt 1,26 Ws. Damit ist die prinzipielle Machbarkeit der Applikation und des technischen Ansatzes gezeigt. Die erzielten Ergebnisse sind Vorarbeiten für andere Einsatzszenarien, wie großflächige haptische Displays oder adaptive Kiosksysteme

Hydrology and Water Quality of the Grand Portage Reservation, Northeastern Minnesota, 1991-2000

Mounds View, M.N.: U.S. Geological SurveyThis is a technical geo-hydrologic study of water resources on the Grand Portage Reservation. There are few references to human uses of water resources, or to anthropogenic factors. The abstract with key points are extracted and reproduced below. Abstract: “The Grand Portage Reservation is located in northeastern Cook County, Minnesota at the boundary between Minnesota, USA, and Ontario, Canada. Between 1991 and 2000 the U.S. Geological Survey conducted a series of studies, with the cooperation with Grand Portage Band of Chippewa, to describe the water resources of the Grand Portage Reservation. Ground water moves primarily through fractures in the bedrock, probably in three ground-water systems: local, regional, and deep. Lake Superior is thought to be the discharge point for brines in the deep ground-water flow system. The watersheds in the Grand Portage Reservation are small and steep; consequently streams in the Grand Portage Reservation tend to be flashy. Lake stages rise and fall with rainfall. The pH of water in the Reservation is generally alkaline (pH greater than 7.0). The alkalinity of water in the Reservation is low. Concentrations of major ions are much greater in ground water than in spring water and surface water. The ionic composition of water in the Reservation differs depending upon the source of the water. Water from 11 of the 20 wells sampled are a calcium-sodium-chloride type. Water from wells GW-2, GW-7, and GW-11 had much greater specific conductance concentrations of major ions compared to the other wells. Some spring water (SP-1, SP-3, SP-4, SP-6, and SP-8) is calcium-bicarbonate type like surface water, whereas other spring water (SP-5 and SP-7) is similar to the calcium-sodium-chloride type occurring in samples from about one-half the wells. The major chemical constituents in surface water are bicarbonate, calcium, and magnesium. Measured tritium and sulfur hexafluoride (SF6) concentrations in water samples from springs and wells were used to determine the recharge age of the sampled water. The recharge ages of two of the wells sampled for tritium are before 1953. The recharge ages of the remaining 10 samples for tritium are probably after 1970. The recharge ages of seven SF6 samples were between 1973 and 1998.

Brief assessment of schizotypy: Developing short forms of the Wisconsin Schizotypy Scales

The Wisconsin Schizotypy Scales—the Perceptual Aberration, Magical Ideation, Physical Anhedonia, and Revised Social Anhedonia Scales—have been used extensively since their development in the 1970s and 1980s. Based on psychometric analyses using item response theory, the present work presents 15-item short forms of each scale. In addition to being briefer, the short forms omit items with high differential item functioning. Based on data from a sample of young adults (n = 1144), the short forms have strong internal consistency, and they mirror effects found for the longer scales. They thus appear to be a good option for researchers interested in the brief assessment of schizotypic traits. The items are listed in an Appendix A

Brief assessment of schizotypy: Developing short forms of the Wisconsin Schizotypy Scales

The Wisconsin Schizotypy Scales—the Perceptual Aberration, Magical Ideation, Physical Anhedonia, and Revised Social Anhedonia Scales—have been used extensively since their development in the 1970s and 1980s. Based on psychometric analyses using item response theory, the present work presents 15-item short forms of each scale. In addition to being briefer, the short forms omit items with high differential item functioning. Based on data from a sample of young adults (n = 1144), the short forms have strong internal consistency, and they mirror effects found for the longer scales. They thus appear to be a good option for researchers interested in the brief assessment of schizotypic traits. The items are listed in an Appendix A. Highlights Short forms (15 items each) of the Wisconsin Schizotypy Scales were developed. Based on IRT and DIF analyses, items with high discrimination but low DIF were selected. Internal consistency and intercorrelations were good and consistent with past work with the long scales. The brief scales had construct-consistent relations with measures of personality and mood disorder symptoms

Psychometric Properties of the Wisconsin Schizotypy Scales in an Undergraduate Sample: Classical Test Theory, Item Response Theory, and Differential Item Functioning

The Wisconsin Schizotypy Scales are widely used for assessing schizotypy in nonclinical and clinical samples. However, they were developed using classical test theory (CTT) and have not had their psychometric properties examined with more sophisticated measurement models. The present study employed item response theory (IRT) as well as traditional CTT to examine psychometric properties of four of the schizotypy scales on the item and scale level, using a large sample of undergraduate students (n?=?6,137). In addition, we investigated differential item functioning (DIF) for sex and ethnicity. The analyses revealed many strengths of the four scales, but some items had low discrimination values and many items had high DIF. The results offer useful guidance for applied users and for future development of these scales. The items for the Wisconsin Schizotypy Scales are available from Thomas R. Kwapil

Assessment of Score Dependability of the Wisconsin Schizotypy Scales Using Generalizability Analysis

To investigate the reliability of the Wisconsin Schizotypy Scales, this study applied generalizability analysis with two college student samples who completed the scales at two time points. The results indicated that the Revised Social Anhedonia Scale had acceptable levels of score dependability, but that the score dependability for the other scales (the Physical Anhedonia Scale, the Perceptual Aberration Scale, and the Magical Ideation Scale) was below an acceptable level of .80. The patterns of variance components suggested that the scales’ items need improvement. Researchers can use the included tables to choose the number of items and occasions needed to get dependable score interpretations. This research was presented at the 2007 meeting of the Midwestern Psychological Association, Chicago, IL

Bamberger Federführer. Die besten Texte aus drei Jahren Literaturwettbewerb an der Universität Bamberg (2009-2011)

Im Kreise des Redaktions-Teams der studentischen Hochschulgruppe Feki.de entstand im November 2008 die Idee, einen Literaturwettbewerb an der Universität Bamberg zu etablieren. Das Projekt sollte es Studierenden aller Fachrichtungen ermöglichen, literarisch tätig zu werden und sich mit ihren Texten dem Urteil einer Jury bzw. der Leser zu stellen. Insgesamt drei Mal wurde der Wettbewerb durchgeführt: 2009 wurde die beste Kurzgeschichte zum Thema „Um 20 Uhr am Gabelmoo“ gesucht, im Jahr darauf lautete das Thema schlicht „fertig. Der letzte Wettbewerb stand schließlich unter dem Motto „Heimat“. Die Auswahl der Siegertexte übernahm eine Jury, bestehend aus Vertretern verschiedener Hochschulgruppen – Feki.de, Rezensöhnchen und Ottfried –, Prof. Dr. Andrea Bartl, Inhaberin der Professur für Neuere deutsche Literaturwissenschaft, dem Autor und Kritiker Rolf Bernhard Essig sowie wechselnd den Autoren Nora Gomringer, Kurt Kreiler und Nefvel Cumart. Daneben konnten die Feki.de-Leser über den jeweiligen Publikumspreisträger abstimmen. Neben den Studierenden der Universität Bamberg waren ab dem zweiten Jahr auch Teilnehmer der Schreibwerkstatt der JVA Ebrach eingeladen, ihre Texte einzu­senden. Im Vergleich mit den studentischen Texten boten die Beiträge der Gefangenen einen interessanten Perspektivwechsel für alle Teil­nehmer und Leser. Insgesamt 24 Kurzgeschichten aus den Jahren 2009 bis 2011 haben wir in diesem Band zusammengestellt. Neben den jeweiligen Siegertexten finden sich in der Anthologie auch die Beiträge der JVA-Bewohner zum Thema „fertig“, sowie ausgewählte Texte Studierender, die die Podestplätze nur knapp verfehlten

CYP2C19 Genotype-Guided Antiplatelet Therapy After Percutaneous Coronary Intervention in Diverse Clinical Settings.

Background Studies have demonstrated increased risk of major atherothrombotic events in CYP2C19 loss-of-function (LOF) variant carriers versus non-carriers treated with clopidogrel after percutaneous coronary intervention (PCI). We sought to evaluate real-world outcomes with the clinical implementation of CYP2C19-guided antiplatelet therapy after PCI. Methods and Results Data from 9 medical centers where genotyping was performed in the setting of PCI were included. Alternative therapy with prasugrel or ticagrelor was recommended for patients with a CYP2C19 LOF variant. The primary outcome was the composite of major atherothrombotic events (all-cause death, myocardial infarction, ischemic stroke, stent thrombosis, or hospitalization for unstable angina) within 12 months following PCI. Moderate or severe/life-threatening bleeding within 12 months was a secondary outcome. Among 3342 patients, 1032 (31%) were LOF carriers, of whom 571/1032 (55%) were treated with alternative therapy. In LOF carriers, the rate of major atherothrombotic events was lower in patients treated with alternative therapy versus clopidogrel (adjusted HR, 0.56; 95% CI 0.39-0.82). In those without a LOF allele, no difference was observed (adjusted HR, 1.07; 95% CI 0.71-1.60). There was no difference in bleeding with alternative therapy versus clopidogrel in either LOF carriers or those without a LOF allele. Conclusions Real-world data demonstrate lower atherothrombotic risk in CYP2C19 LOF carriers treated with alternative therapy versus clopidogrel and similar risk in those without a LOF allele treated with clopidogrel or alternative therapy. These data suggest that PCI patients treated with clopidogrel should undergo genotyping so that CYP2C19 LOF carriers can be identified and treated with alternative therapy

A tale of specialization in 2 professions: Comparing the development of radiology in chiropractic and medicine

Objective The purpose of this article is to describe the development of radiology as a specialty in chiropractic with a comparison to the development of the specialty of radiology in medicine. Discussion Specialization in medicine has been notably successful, with advanced training and enhanced capabilities in specialized skills leading to better outcomes for patients and increased prestige for practitioners. However, with chiropractic, as with other complementary and alternative medicine professions, no specialization has been recognized within it. Specialist radiology training in chiropractic bears a resemblance to that of medicine, with competitive entry for residencies, certification exams, and the creation of a journal and specialist professional organizations. To facilitate the comparison, I have divided the development of radiology into 4 phases from the chiropractic perspective. Phase 1 started with the discovery of x-rays in 1895, in which medicine adopted them but chiropractic did not. Phase 2 began in 1910 when B. J. Palmer introduced radiography to show chiropractic subluxations. Phase 3 started in 1942 when Waldo Poehner advocated for the mainstream diagnostic use of radiography in addition to subluxation analysis. Phase 4 started in 1957 when an examining board for certification in diagnostic radiology was assembled and many chiropractors began to embrace the mainstream medical use of radiography. Conclusion In this tale of 2 professions, radiology gained official specialty designation in the field of medicine. The medical profession had a monopoly on health care, and thus had few internal and external barriers to overcome. Chiropractic was oppressed by organized medicine, which helped to create the unofficial specialty of chiropractic radiology but which also later helped to limit the specialty. Chiropractic radiology has maintained its independence and autonomy, but also remains on the fringe of mainstream health care