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In modern times, closed-loop control systems (CLCSs) play a prominent role in a wide application range, from production machinery via automated vehicles to robots. CLCSs actively manipulate the actual values of a process to match predetermined setpoints, typically in real time and with remarkable precision. However, the development, modeling, tuning, and optimization of CLCSs barely exploit the potential of artificial intelligence (AI). This paper explores novel opportunities and research directions in CLCS engineering, presenting potential designs and methodologies incorporating AI. Combining these opportunities and directions makes it evident that employing AI in developing and implementing CLCSs is indeed feasible. Integrating AI into CLCS development or AI directly within CLCSs can lead to a significant improvement in stakeholder confidence. Integrating AI in CLCSs raises the question: How can AI in CLCSs be trusted so that its promising capabilities can be used safely? One does not trust AI in CLCSs due to its unknowable nature caused by its extensive set of parameters that defy complete testing. Consequently, developers working on AI-based CLCSs must be able to rate the impact of the trainable parameters on the system accurately. By following this path, this paper highlights two key aspects as essential research directions towards safe AI-based CLCSs: (I) the identification and elimination of unproductive layers in artificial neural networks (ANNs) for reducing the number of trainable parameters without influencing the overall outcome, and (II) the utilization of the solution space of an ANN to define the safety-critical scenarios of an AI-based CLCS.
Stainless steel made to rust: a robust water-splitting catalyst with benchmark characteristics
(2015)
The oxygen evolution reaction (OER) is known as the efficiency-limiting step for the electrochemical cleavage of water mainly due to the large overpotentials commonly used materials on the anode side cause. Since Ni–Fe oxides reduce overpotentials occurring in the OER dramatically they are regarded as anode materials of choice for the electrocatalytically driven water-splitting reaction. We herewith show that a straightforward surface modification carried out with AISI 304, a general purpose austenitic stainless steel, very likely, based upon a dissolution mechanism, to result in the formation of an ultra-thin layer consisting of Ni, Fe oxide with a purity >99%. The Ni enriched thin layer firmly attached to the steel substrate is responsible for the unusual highly efficient anodic conversion of water into oxygen as demonstrated by the low overpotential of 212 mV at 12 mA cm−2 current density in 1 M KOH, 269.2 mV at 10 mA cm−2 current density in 0.1 M KOH respectively. The Ni, Fe-oxide layer formed on the steel creates a stable outer sphere, and the surface oxidized steel samples proved to be inert against longer operating times (>150 ks) in alkaline medium. In addition Faradaic efficiency measurements performed through chronopotentiometry revealed a charge to oxygen conversion close to 100%, thus underpinning the conclusion that no “inner oxidation” based on further oxidation of the metal matrix below the oxide layer occurs. These key figures achieved with an almost unrivalled-inexpensive and unrivalled-accessible material, are among the best ever presented activity characteristics for the anodic water-splitting reaction at pH 13.
Soil versus foliar iodine fertilization as a biofortification strategy for field-grown vegetables
(2015)
Iodine (I) biofortification of vegetables by means of soil and foliar applications was investigated in field experiments on a sandy loam soil. Supply of iodine to the soil in trial plots fertilized with potassium iodide (KI) and potassium iodate directly before planting (0, 1.0, 2.5, 7.5, and 15 kg I ha-1) increased the iodine concentration in the edible plant parts. The highest iodine accumulation levels were observed in the first growing season: In butterhead lettuce and kohlrabi the desired iodine content [50–100 μg I (100 g FM)-1] was obtained or exceeded at a fertilizer rate of 7.5 kg IO3--I ha-1 without a significant yield reduction or impairment of the marketable quality. In contrast, supplying KI at the same rate resulted in a much lower iodine enrichment and clearly visible growth impairment. Soil applied iodine was phytoavailable only for a short period of time as indicated by a rapid decline of CaCl2-extractable iodine in the top soil. Consequently, long-term effects of a one-time iodine soil fertilization could not be observed. A comparison between the soil and the foliar fertilization revealed a better performance of iodine applied aerially to butterhead lettuce, which reached the desired iodine accumulation in edible plant parts at a fertilizer rate of 0.5 kg I--I ha-1. In contrast, the iodine content in the tuber of sprayed kohlrabi remained far below the targeted range. The results indicate that a sufficient spreading of iodine applied on the edible plant parts is crucial for the efficiency of the foliar approach and leafy vegetables are the more suitable target crops. The low iodine doses needed as well as the easy and inexpensive application may favor the implementation of foliar sprays as the preferred iodine biofortification strategy in practice.
Iodine biofortification of butterhead lettuce (Lactuca sativa)viafoliar sprays was investigated infield trials, focusing on assessing the influence of the time and application method. The iodine (I)concentrations in the edible plant parts increased when potassium iodide (KI) and potassiumiodate (KIO3) solutions were sprayed at doses up to 0.25 kg I ha–1on different dates close to har-vest. Crop yield and marketable quality were not significantly affected by I treatments. A greaterefficacy of KI was frequently observed and probably related to its lower point of deliquescenceand smaller anion size in comparison with KIO3. KI sprays on butterhead lettuce at different timesof the day resulted in a higher I enrichment when applied at 11:00 and 15:00 h. The diurnal varia-tion in I uptake may reflect the impact of fluctuating climatic conditions at the time of application.Iodine treatments at different application dates near harvest led to an increasing I concentrationin the vegetable produce that could be related to the rising shoot fresh mass and leaf area.When KI and KIO3were sprayed simultaneously with commercial calcium fertilizers, fungicidesor insecticides, I accumulation in butterhead lettuce was not negatively affected or in some caseseven significantly enhanced. The results show that foliar sprays of KI and KIO3are an effectivemethod to biofortify butterhead lettuce with I and this approach may easily be implemented as aroutine method in commercial cultivation.
Im ökologischen Anbau von Topfbasilikum treten des Öfteren Wachstums- und Qualitätsbeeinträchtigungen auf. Diese machen sich bereits an den Jungpflanzen in Form chlorotischer und nekrotischer Keimblätter bemerkbar. Nachfolgend können Infektionen mit Schwächeparasiten wie Botrytis auftreten. Im Rahmen eines Düngungsversuches sollte geklärt werden, inwieweit diese Probleme im Zusammenhang mit der Anreicherung von Ammonium stehen, welches durch die Mineralisierung organischer Dünger in das Kultursubstrat freigesetzt wird. Versuchsfaktoren waren das Ammonium-N/Nitrat-N-Verhältnis (100/0; 50/50; 0/100) und die Stickstoffkonzentration in der Nährlösung (8, 12 und 16 mmol N/L). Ammonium wurde mittels des Nitrifikationshemmstoffes 3,4-Dimethylpyrazolphosphat (DMPP) stabilisiert. Zusätzlich war in den Versuch eine organische N-Düngevariante einbezogen, die neben einer Grunddüngung mit festen Düngern (Hornspäne und DCM ECO-MIX 4) eine flüssige Nachdüngung (Organic Plant Feed) beinhaltete. Die Kultur der Pflanzen erfolgte in einem Torfsubstrat, das zu Versuchsbeginn auf pH 6,5 eingestellt war.
Mit Nitrat (NO3-) als alleiniger Stickstoffquelle zeigte Basilikum über den gesamten Kulturzeitraum ein vitales Wachstum. Ein reines Ammoniumangebot (NH4+) ging, unabhängig von der N-Stufe, mit einer geringeren Keimrate sowie mit verminderten Pflanzenhöhen- und Frischmassezuwächsen einher. Außerdem waren hier chlorotische Keimblätter und eine verringerte Turgeszenz des Sprosses zu beobachten. In der organischen N-Düngevariante blieb das Pflanzenwachstum zunächst ebenfalls hinter dem mit NO3--Angebot zurück. Des Weiteren waren hier die Schadsymptome an den Keimblättern besonders stark ausgeprägt. Im Zuge der Ammonifikation der organischen N-Dünger kam es in den ersten Versuchswochen zu einer Anreicherung von bis zu 350 mg NH4+-N/L Substrat als alleiniger mineralischer Stickstoffform. Mit fortschreitender Nitrifikation setzte dann ein stimuliertes Pflanzenwachstum ein. Zu Versuchsende wiesen die organisch gedüngten Pflanzen den höchsten NO3--Gehalt im Spross auf. Der kompakteste Wuchs und die höchste Turgeszenz der Pflanzen konnten mit ausgeglichenem NH4+/NO3--Angebot erzielt werden.
Heutzutage möchten Golfspieler ihre sportlichen Aktivitäten saison- und witterungsunabhängig durchführen. Dies führt meistens zu einer Übernutzung der Abschlagflächen und schließlich zu einer stark verminderten Rasenqualität. Der damit verbundene, hohe Pflegeaufwand ist nicht unerheblich. Im Rahmen dieser Studie wurde das Hybridrasensystem CombiGrass der Firma Eurogreen auf verschiedenen Abschlagflächen von vier ausgewählten Golfanlagen mit Naturrasen verglichen. Es wurden die Parameter Ebenflächigkeit, Drehwiderstand, Kraftabbau, Energierückgabe, vertikale Deformation und Bodenfeuchtigkeit bestimmt. Außerdem wurde die projektive Bodendeckung der Rasennarbe vor und nach mehreren Golfabschlägen untersucht, um mögliche Unterschiede im Grünanteil zwischen Natur- und Hybridrasen festzustellen. Zusätzlich wurden eine quantitative Golfspielerbefragung und eine qualitative Expertenbefragung der Head-Greenkeeper durchgeführt. Die Messergebnisse der Untersuchungen wurden direkt mit den Ergebnissen beider Befragungen verglichen. Durch die Verwendung von CombiGrass, insbesondere unter feuchten Bedingungen und in schattigen Lagen, konnten Bespielbarkeit und Standfestigkeit sowie das Erscheinungsbild und die Ebenflächigkeit auf Abschlagflächen verbessert werden. Des Weiteren wurde eine Reduzierung von herausgeschlagenen Divots, Rasenkrankheiten und Materialaufwand zur Pflege und Instandhaltung festgestellt.
Die Bewertung der eigenen Arbeitgeberattraktivität durch externe Dritte hat sich in den letzten Jahren zu einem wesentlichen Instrument des strategischen Personalmarketings entwickelt. Deutliches Anzeichen hierfür ist die rasante Verbreitung von entsprechenden Arbeitgebersiegeln in der Außendarstellung vieler Unternehmen. Gleichzeitig steht dem stetig wachsenden Interesse in der Praxis ein Defizit bezüglich der konkreten Wirkung von Arbeitgebersiegeln aufseiten der Forschung gegenüber. An diesen Punkt anknüpfend wird mithilfe einer Discrete Choice-Analyse der Stellenwert von Arbeitgebersiegeln für potenzielle Bewerber in der Ernährungsindustrie differenziert betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass Arbeitgebersiegel die Bewerbungsentscheidung zwar signifikant beeinflussen, im Vergleich zu anderen unternehmensspezifischen Kriterien der Arbeitgeberwahl jedoch einen geringeren Stellenwert einnehmen. Als entscheidungsrelevant erweisen sie sich ferner nur unter der Bedingung, dass Befragte mit ihnen bislang nicht vertraut waren. Neben einer wissenschaftlichen Diskussion der Befunde geben die Autoren praxisrelevante Hinweise für einen ökonomisch sinnvollen Einsatz von Arbeitgebersiegeln.
Wie sieht die Essensversorgung von Senioren in der Zukunft aus? : Zukunftsstudie Menüservice 2025
(2016)
Um zusätzlich zu bestehenden Qualitätsmanagementsystemen im Handel auch den Aspekt der Verbraucherpräferenzen besser berücksichtigen zu können, hat die vorliegende Studie zum Ziel, innerhalb der Laufzeit von zwei Jahren einen Qualitätsindex zu entwickeln, der sensorische Merkmale impliziert. Dazu wurden in der ersten Versuchsphase etwa 4000 Früchte der Sorten ‘Fuji, Yataka’, ‘Elstar, Elshof’, ‘Golden Delicious, Reinders’ und ‘Jonagold, Rubinstar’ in drei Schritten untersucht (etwa 1000 Früchte pro Sorte). Zunächst wurden verschiedene Fruchteigenschaften nicht destruktiv gemessen. Anschließend fand eine sensorische Beurteilung der Äpfel durch Konsumenten an vier verschiedenen Einzelhandelsstandorten statt. Für die geschmackliche Bewertung wurde jeweils ein Achtel jedes Apfels verwendet. Die übrig gebliebenen sieben Achtel des Apfels wurden auf unterschiedliche qualitätsrelevante Parameter mittels destruktiver Methoden untersucht. Zur Überprüfung von Zusammenhängen zwischen nicht destruktiv und destruktiv gemessenen Werten auf der einen Seite und sensorisch ermittelten Werten auf der anderen Seite wurden Korrelationskoeffizienten berechnet. Ein Teilziel besteht darin, die Eignung nicht destruktiver Analyseverfahren nachzuweisen, um sie als Vorhersage für den Konsumentengeschmack anwenden zu können. Nicht erwartungsgemäß sind die Zusammenhänge zwischen physikalischen bzw. chemischen und sensorischen Messwerten gering und bedingt aussagekräftig. Um einen Qualitätsindex dennoch entwickeln zu können, werden in einer weiteren empirischen Projektphase erneut Daten erhoben.
Gebäude beanspruchen Ressourcen und verändern die Umwelt. Die Landwirtschaft benötigt oftmals großvolumige Gebäude. Eine nachhaltigere landwirtschaftliche Baukultur wäre deshalb begrüßenswert. Für das agrarische Bauen könnte eine verstärkte Verwendung des Rohstoffs Holz eine Perspektive darstellen. Holz überzeugt durch zahlreiche ökologische Vorteile wie die langfristige Kohlenstoffbindung oder eine einfache Recycelbarkeit. In Deutschland spielt Holz beim landwirtschaftlichen Bauen allerdings eine immer geringere Rolle. Diese Studie stellt Meinungsbilder deutscher LandwirtInnen zum Holzeinsatz beim Stallbau zusammen. Es wurden zehn Gruppendiskussionen zum Themenfeld landwirtschaftliche Baukultur in verschiedenen deutschen Schwerpunktregionen der Rinderhaltung gestaltet. Die Auswertungen zeigen, dass die LandwirtInnen weitestgehend die optische Wirkung von Holz schätzen, aber häufig an der Dauerhaftigkeit von Holzställen zweifeln.
Der häufig vertretenen Meinung, die praktische Wirtschaftspolitik benötige keine theoretische Basis, wird mit dem vorliegenden Werk Theorie der Wirtschaftspolitik entgegnet. Ohne eine theoretische Basis, die Ziele, Instrumente, Maßnahmen und Leitsätze vorgibt, sowie die Möglichkeiten und Grenzen der Wirtschaftspolitik aufzeigt, bliebe die praktische Wirtschaftspolitik ohne Orientierung. Der Zielerfolg wäre nicht zu überprüfen. Um erfolgreich zu sein, muss die Wirtschaftspolitik Ziele anstreben und Maßnahmen treffen, die die Bürger akzeptieren. Der Erfolg der praktischen Wirtschaftspolitik ist nicht unabhängig von der Art des Wirtschaftssystems, in dem sie zum Tragen kommt.
The present study investigates consumers’ acceptance of Se-biofortified apples, as well as Se health and nutrition claims that have been approved by the European Commission. Despite indications that such statements are more likely to be accepted if the carrier product itself has a healthy image, unprocessed fruits biofortified with Se have not been investigated in this context yet. Apples as the most frequently-consumed type of fresh fruit in Germany may offer the potential to improve the Se status of consumers when the produce is enriched with Se. Therefore, an online survey of 356 German adults was conducted to analyze different aspects that could affect the perception of and preference for the proposed product concept by consumers. The findings indicate a moderate acceptance of Se-biofortified apples, as well as of Se health and nutrition claims among the participants. Additional information about beneficial health effects of Se had a significant impact on consumer acceptance. People who regularly eat convenience food and prefer to buy apples at supermarkets were particularly attracted by the product idea. In conclusion, the results of the study indicate good prospects for a successful introduction of Se-rich apples in the German food market, if the produce is advertised with approved health and nutrition claims.
In the organic production of pot grown basil, yield depressions and quality impairments are often observed. During the early development stage, cotyledons become chlorotic and necrotic. Subsequently, fungal diseases such as botrytis occur. One possible reason for this problem could be the high concentration of ammonium in the growing media released by the mineralization of organic fertilizers. Therefore, a fertilization trial was carried out to investigate the effect of ammonium (NH4+) on basil in comparison to nitrate (NO3-). The experiment included different NH4+-N/NO3--N ratios (100/0, 50/50 and 0/100) and nitrogen (N) concentrations in the nutrient solution (8, 12 and 16 mmol N L‑1). Plants were cultivated in a peat substrate and fertilized with a nutrient solution which, in addition to the different N sources, contained equal concentrations of a base fertilizer as well as the nitrification inhibitor DMPP. Furthermore, an organic fertilization treatment was realized. Basil fertilized solely with NH4+ showed a diminished growth in comparison to well-developed plants receiving NO3- as N source. Germination rate, plant height and fresh matter yield were significantly reduced by NH4+ nutrition. Similar results occur in the organic treatment where the NH4+ concentration rose up to 350 mg NH4+-N L‑1 substrate at the beginning of the cultivation period. Along with a reduction in biomass production, chlorotic cotyledons were observed. These effects might have been caused by NH4+. When N mineralization declined and NH4+ was largely converted to NO3-, plants exhibited improved growth. Within the mineral N treatments, rising NO3- concentration and NO3--N/NH4+-N ratio promoted plant height and reduced plant compactness due to an increased internode elongation. At the end of the experiment, the NO3- content in basil shoots was highest in the organic treatment and lowest with NH4+ as the sole N source. The best herb quality in terms of plant compactness, turgidity and healthiness of cotyledons was observed when basil was fertilized with ammonium nitrate.