Committed to excellence

Aktuelle Scientific Papers zeigen die hohe Forschungskompetenz am AIT.

Die Teilnahme an regionsübergreifenden F&E-Netzwerken gilt als zentral für die regionale Innovationskapazität. Die Studie erfasst Netzwerk-Effekte auf die regionale Wissensproduktionsintensität. Dazu wird ein räumliches Regressionsmodell geschätzt, dessen marginale Effekte Aufschluss über Richtung und Intensität der Netzwerk–effekte in verschiedenen Schlüsseltechnologien liefern. Es zeigt sich, dass die im Allgemeinen positiven Netzwerk–effekte sich im Ausmaß – je nach regionsspezifischer Ausstattung an Humankapital und F&E-Investitionen und Technologie-Charakteristika – unterscheiden. Aus FTI-politischer Perspektive interessant scheint, dass für technologisch weniger entwickelte Regionen die Netzwerkeffekte relativ größer sind, als für technologisch höher entwickelte Regionen.

I. Wanzenböck, M. Neuländtner, T. Scherngell: "Impacts of EU funded R&D networks on the generation of Key Enabling Technologies: Empirical evidence from a regional perspective"; Papers in Regional Science, 99 (2019), 1; S. 3 - 24.

Die Digitalisierung bewirkt einen vollständigen Paradigmenwechsel der Produktionsund Innovationsoptionen. Unter Digitalisierung versteht man den Einsatz digitaler Technologien, um ein Geschäftsmodell zu verändern und neue Einnahme- und Wertschöpfungsmöglichkeiten zu schaffen. Digitalisierung beschreibt den technologischen Wandel von „analoger Information in ein digitales Format" und ist die Umwandlung von Prozessen, Interaktionen, Kommunikation, Geschäftsfunktionen und Geschäftsmodellen in digitale. Digitale Transformation bezieht sich auf den Prozess organisatorischer und gesellschaftlicher Veränderungen, einschließlich der Fähigkeit, Technologien schnell zu übernehmen, was sich sowohl auf soziale als auch technische Elemente von Geschäftsmodellen, Prozessen, Produkten und der Organisationsstruktur auswirkt.

M. Hörlesberger: "Innovation management in a digital world"; Journal of Manufacturing Technology Management, 30 (2019), 8; 10 S.

Bewegungsdaten sind allgegenwärtig. Ob per GPS oder via Mobilfunk, immer mehr Personen, Fahrzeuge und Güter sind anhand ihrer Datenspuren verfolgbar. Explorative Analysen von Bewegungsdaten stellen aufgrund der Heterogenität von Bewegungsdatensätzen und Analyseaufgaben eine erhebliche Herausforderung dar. Es mangelt an etablierten Tools für die explorative Analyse von Bewegungsdaten sowie an Leitfäden für die Umsetzung existierender Bewegungsdatenanalysekonzepte mithilfe allgemein verfügbarer Analysewerkzeuge. Um diese Lücke zu schließen, stellen wir drei Open-Source-Technologiepakete für die explorative Analyse von Bewegungsdaten vor und diskutieren deren Fähigkeiten und Grenzen.

A. Graser, M. Dragaschnig: "Open Geospatial Tools for Movement Data Exploration"; KN - Journal of Cartography and Geographic Information, (2020), S. 1 - 8.

Von der Schlagbohrmaschine bis hin zu komplexen Fahrassistenzsystemen – intelligente mecha–tronische Systeme begleiten uns in unserem täglichen Leben. Für die Entwicklung moderner Regelungskonzepte ist die frühzeitige simulative Verifikation des gesamten Systemverhaltens essenziell, da die Entwicklungszyklen immer kürzer werden und die Qualitäts- und Sicherheitsbewertungen schon vor der Validierung am realen System stattfinden müssen. In diesem Zusammenhang sind Oszillationen häufig ein Maß für unzureichende Stabilität eines geschlossenen (nichtlinearen) Regelkreises. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie mithilfe der Empirical Mode Decomposition (EMD) recheneffizient Oszillationen detektiert werden können. Für den geschlossenen Kreis eines mechatronischen Systems wird eine systematische Signalaufbereitung präsentiert und ein normierter Oszillationsindex vorgeschlagen. Den Abschluss bildet die Anwendung der vorgestellten Theorie auf einen komplexen mechatronischen Regelkreis der Robert Bosch GmbH.

M. Gurtner, P. Zips, M. Atak, J. Ophey, A. Kugi: “Improved EMD-based Oscillation Detection for Mechatronic Closed-Loop Systems”; IFAC-PapersOnLine, Volume 52, Issue 15, 2019, Pages 370 - 375.

Der Einsatz von Ersatzschaltungsmodellen zur Simulation des Betriebsverhaltens von Lithium-Ionen-Batterien ist etabliert. In diesem Manuskript wird eine Methodik zur Ermittlung der erforderlichen, temperaturabhängigen Simulationsparameter aus Batteriemessungen vorgeschlagen. Basierend auf einem spezifischen Laststrom und vorheriger Systemkenntnis analysiert ein Algorithmus die Korrelation zwischen Stromschritten und der gemessenen Klemmenspannung und passt dann mit einer Kombination aus Partikelschwarmoptimierung und Gauss-Newton-Algorithmus die ursprünglich geschätzten Parameter aus dem ersten Algorithmus an die Messdaten an. Schließlich wird die Abhängigkeit jedes Simulationsparameters sowohl vom Ladezustand als auch von der Batterietemperatur bestimmt. Alterungseffekte wurden in diesem Beitrag vernachlässigt. Der generierte Parametersatz ermöglicht es, das Betriebsverhalten der Batterie zu reproduzieren und zu untersuchen.

D. Dvorak, T. Bäuml, A. Holzinger, H. Popp: "A Comprehensive Algorithm for Estimating Lithium-Ion Battery Parameters From Measurements"; IEEE Transactions on Sustainable Energy, Volume 9 (2018), 2; S. 771 - 779.

Monoclininc-Lithium-Vanadium-Phosphat, Li3V2(PO4)3, gilt als potenzielles Kathodenmaterial für die nächste Generation von Hochleistungs-LithiumIonen-Batterien. Die niedrige intrinsische elektronische Leitfähigkeit von Li3V2(PO4)3, die eine vorherrschende Herausforderung für olivinartige Verbindungen darstellt, hemmt aber in kommerziellen Anwendungen. Obwohl die Substitution von V3+ durch andere Kationenarten ein gängiges Verfahren zur Erhöhung der Leitfähigkeit und der elektrochemischen Leistung von Li3V2(PO4)3 ist, sind die zugrunde liegenden Mechanismen für die verbesserten Eigenschaften noch nicht gut verstanden. Wir verwenden einen thermodynamischen Ansatz, um den Einfluss des Dotierstoffs, d.h. Mg2+ sowie von Vakanzen auf der V3+-Stelle, auf die Stabilität der resultierenden Materialien zu untersuchen. Auf Grundlage gemessener partieller molarer Gibbs-Energien, Entropien und Enthalpien der elektrochemischen Reaktion wird eine Diskussion der Sub–stitutionsmechanismen und ihres Einflusses auf die elektrochemische Leistung präsentiert.

A. Beutl, D. Cupid: "A thermodynamic investigation on the substitution mechanism of Mg-doped lithium vanadium phosphate"; Electrochimica Acta, 311 (2019), 311; S. 103 - 113.

Metalloxid-Halbleiter sind für die Energieumwandlung und -speicherung von großer Bedeutung. Ihre Multifunktionalität beruht auf ihren vielfältigen elektronischen und strukturellen Eigenschaften. Sie werden als transparente Elektroden oder Photonenabsorber in der Photovoltaik und Optoelektronik sowie als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserspaltung eingesetzt. Am AIT entwickeln wir Metalloxide, die ein hohes Potenzial für Energieanwendungen aufweisen und auf skalierbaren, umweltfreundlichen Herstellungsprozessen basieren. Diese Publikation berichtet über die Herstellung von Galliumoxid mittels Sprühpyrolyse, einem kostengünstigen nasschemischen Verfahren. Im Gegensatz zum Stand der Technik, verwendet unser Ansatz wasserbasierte Lösungen und eine verringerte Abscheidungstemperatur, was die industrielle Produktion erleichtert.

N. Winkler, R. A. Wibowo, W. Kautek, G. Ligorio, E. J. W. List-Kratochvil and T. Dimopoulos: “Nanocrystalline Ga2O3 films deposited by spray pyrolysis from water-based solutions on glass and TCO substrates”; Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7, 69-77.

Wien hat das fünftgrößte Straßenbahnnetz der Welt. Zur Instandhaltung dient ein In–spektionsfahrzeug mit optischen Sensoren, das die Schienenköpfe auf Verschleiß scannt. In den letzten Jahren wurde die Instrumentierung um ein Mikrophon erweitert. Die Datenanalyse wurde auch an fahrzeugseitigen Beschleunigungssensoren durchgeführt, die bis dahin nur dem Positionierungssystem der Straßenbahn dienten. Dank vibroakustischer Daten wird das Netz hinsichtlich der Immissions-Hotspots bewertet, an denen der Rad-SchieneKontakt zu Beeinträchtigungen wie Schienenquietschen oder Riffelbildung führen kann. Der Vortrag zeigte Ergebnisse der Forschungsarbeiten zur Erkennung und Klassifizierung von Schienenunregelmäßigkeiten sowie über die laufenden Arbeiten zur Analyse von Weichen.

Karoline Alten: "Vibro-Acoustic Inspection of Vienna`s Tram

Network"; Vortrag: WRI EU 2019 - Wheel Rail Interaction Conference EU, Wien; 29.10.2019 - 31.10.2019 (Vortrag).

Netzwerke und Computersysteme sind ständig ein Ziel von Cyber-Bedrohungen. Forensische System-Logdaten zeichnen fast alle auftretenden Ereignisse auf und eignen sich zur Erkennung von Cyberangriffen. Bei System-Logdaten handelt es sich jedoch um unstrukturierte Daten, die in großen Mengen erzeugt werden und komplexe inhärente Abhängigkeiten enthalten. Dementsprechend übersteigt die eingehende Analyse von Logdaten leicht die kognitiven Fähigkeiten von Menschen. Aus diesem Grund setzen Cyber-Sicherheitsexperten Clustering-Methoden aus dem maschinellen Lernen ein, um große Mengen von Logs zu repräsentativen Gruppen zu aggregieren und Muster abzuleiten, die komplexe Ereignisbeziehungen beschreiben. Unsere Studie überprüft bestehende Ansätze und diskutiert Ähnlichkeiten und Vorteile ausgewählter Merkmale. Das Paper bietet eine Einführung in die Log-Analyse für die Cyber-Sicherheit und dient als Nachschlagewerk für zukünftige Anwendungen des System-Log-Clustering.

M. Landauer, F. Skopik, M. Wurzenberger, A. Rauber: „System log clustering approaches for cyber security applications: A survey“; Computers & Security, Volume 92, May 2020.

„Smart Home" ist ein stark technologiegetriebener Bereich. Es besteht eine beträchtliche Lücke bei der Gestaltung auf der Grundlage eines alltäglichen häuslichen Kontexts und der sozialen und emotionalen Natur des Heims. Wir identifzieren Hebelpunkte und Funktionalitäten für Energieeffizienz und intelligente Steuerung in drei Stufen mit Hilfe kultureller Sondierung, partizipativer Design-Fiktion und Fokusgruppen. Auf Grundlage empirischer, realer Nutzerdaten stellen wir Merkmale und Systemerwartungen vor, die diesem facettenreichen Gesamtbild Rechnung tragen. Das Paper berät den Designprozess zukünftiger Smart-Home-Lösungen. Wir weisen auf mehrere Designdimensionen – Zeit, Raum, Beziehungen, individuelle Faktoren und Werte – hin, die ein Design für eine Heterogenität von Nutzern und Situationen ermöglichen. Zweitens leiten wir spezifische Designziele ab, um die Richtungen des Designs von Smart Home-Systemen aufzuzeigen: Design für Kontrolle, geringer Aufwand, Integration, Entwicklungsfähigkeit, Identität, Geselligkeit und Nutzen.

M. Reisinger, S. Prost, J. Schrammel, P. Fröhlich: "User Requirements for the Design of Smart Homes: Dimensions and Goals"; "Ambient Intelligence“, Springer International Publishing.

Bildverarbeitende Systeme werden für unterschiedlichste Aufgaben bei autonomen Straßenfahrzeugen eingesetzt. In diesem Paper stellen wir RailSem19 vor, den ersten öffentlichen Datensatz für semantisches Szenenverständnis für Züge und Straßenbahnen. Der Datensatz besteht aus 8.500 annotierten kurzen Sequenzen aus Zug-Per–spektive mit über 1.000 Ausschnitten von Bahnübergängen und 1.200 Straßenbahnszenen. Dazu entwickelten wir eine neue Annotierungs-Vorschrift. Diese ist auf schienenrelevante Labels fokussiert, die nicht in anderen Datensätzen vorkommen. Zusätzlich zu den manuellen Annotierungen in geometrischer Form stellen wir dichte semantische Labels per Pixel zur Verfügung. Wir präsentieren Prototypen zur bildbasierten Klassifizierung von Zügen, Weichen, Weichenstellungen, Plattformen, Prellböcken, Schienenverkehrszeichen und Signalanlagen. Weiters wurde ein Prototyp für dichtes semantisches Szenenverständnis von Schienenszenen mittels maschinellem Lernen erstellt.

O. Zendel, M. Murschitz, M. Zeilinger,

D. Steininger, S. Abbasi, C. Beleznai: "RailSem19: A Dataset for Semantic

Rail Scene Understanding"; Poster: CVPR 2019 Workshops, Long Beach, California; 16.06.2019 - 20.06.2019; in: "CVPR 2019", CVPR, (2019), 9 S.

Systeme, die auf die Zellmanipulation durch elektrische Felder ausgerichtet sind, werden durch Energiedissipation entlang der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche inhärent herausgefordert. Eine vielversprechende Abhilfe ist die Einführung einer Elektrodenbeschichtung mit hoher Dielektrizitätskonstante, die eine effiziente, kapazitive Kopplung elektrischer Felder in biologische Proben ermöglicht. Wir stellen diese Strategie in einem wiederverwendbaren Pipettenspitzendesign mit einem Kammervolumen von 10 μl für biowissenschaftliche Anwendungen vor. Die Validierung von Prototypen und der Vergleich mit leitfähigen goldbeschichteten Elektroden zeigen einen konsistenten und kontrollierbaren biologischen Effekt, der die Reproduzierbarkeit von LyseEreignissen deutlich erhöht. Das System liefert präzise Beschreibungen der Humanen Endothelzell-Lyse in Abhängigkeit von Feldstärke, Frequenz und Leitfähigkeit. Über 80 % der Zellen wurden bei minimaler elektrischer Lyse über einen breiten Bereich von Feldeinstellungen reversibel elektroporiert.

T. Wimberger, J. R. Peham, E.-K.

Ehmoser and K. J. Wassermann: „Controllable cell manipulation in a microfluidic pipette-tip design using capacitive coupling of electric fields”; Lab on a Chip 2019.