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Berner Fachhochschule

Technik und Informatik

BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007

Berichte der Forschenden

Dozierende der Berner FH Technik und Informatik

Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 3 vom 31. Januar 2008

Die Reihe Forschungsberichte der Berner Fachhochschule, Technik und Informatik gibt Einblicke in

Ergebnisse der Forschung und Entwicklung an der BFH-TI.

Zuletzt erschienene Forschungsberichte

Nr. 2 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden. Dozierende der

Berner FH Technik und Informatik. November 2007.

Nr. 1 Action Cyphers – A new core component for E/D similar block ciphers. Dr. David-

Olivier Jaquet-Chiffelle. Mars 2006.

Herausgeber

Berner Fachhochschule, Technik und Informatik, Postfach, CH-2501 Biel/Bienne

Forschung und Entwicklung, Seevorstadt 103b

T +41 (0)32 321 64 64, F +41 (0)32 321 65 65

[email protected]

ti.bfh.ch/forschung

Konzept und Realisation

Jens Geisel

Lektorat

Autoren und Jens Geisel

Redaktion

Jens Geisel

mailto:[email protected]

http://ti.bfh.ch/forschung

Berner Fachhochschule

Technik und Informatik

BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007

Berichte der Forschenden

Dozierende der Berner FH Technik und Informatik

Forschungsbericht der BFH-TI Nr. 3 vom 31. Januar 2008

Zusammenfassung

Dozenten an der Berner FH Technik und Informatik können einen Forschungsauftrag des Departements

über in der Regel 390 Stunden per annum erhalten. Fast 70 mehrseitige Kurzberichte geben Auskunft über

die Forschungstätigkeiten in dieser Zeit. Der vorliegende Bericht aus der Reihe „Forschungsberichte der

BFH-TI“ enthält eine jeweils einseitige Zusammenfassung dieser Kurzberichte, geordnet nach den For-

schungsschwerpunkten der BFH-TI.

Schlüsselbegriffe

Forschungsberichte BFH-TI, Forschungsauftrag 2006/2007, Berner Fachhochschule, Technik und

Informatik

Biel / Bienne, 31. Januar 2008

Autoren

Dozierende der Berner Fachhochschule Technik und Informatik

Herausgeber

Jens Geisel, wissenschaftlicher Mitarbeiter Forschung und Entwicklung

Berner Fachhochschule, Technik und Informatik, Quellgasse 21, Postfach, CH-2501 Biel / Bienne

+41 (0)32 321 67 37, [email protected] , ti.bfh.ch/forschung


http://ti.bfh.ch/forschung

BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden I

Inhaltsverzeichnis

Energie, Verkehr, Mobilität

Energie, Transport, Mobilité

Jan Czerwinski 3

Hansueli Feldmann 4

Bernhard Gerster 5

Dr. Josef Goette 1/2 6

Dr. Kurt Marcel Graf 7

Dr. Heinrich Häberlin 8

Michael Höckel 9

Willi Merk 10

Markus Moser 11

Dr. Hansjürg Rohrer 12

Bernard Schmutz 13

Heinrich Schwarzenbach 14

Dr. Andrea Vezzini 15

Mobile Informationsgesellschaft

Société mobile de l‘information

Bernhard Anrig 19

Dr. Endre Bangerter 20

Dr. Olivier Biberstein 21

Claude Brielmann 22

Roland Brun 23

Dr. Walter Businger 24

Fritz Dellsperger 25

Dr. Eric Dubuis 26

Dr. Albert Fässler 27

Dr. Ulrich Fiedler 28

Rolf Gasenzer 29

Dr. David-Olivier Jaquet-Chiffelle 30

Rolf Jufer 31

Dr. Hansjörg Keller 32

Marcel Pfahrer 33

Peter Raemy 34

Michael Röthlin 35

Dr. Robert Ruprecht 36

Dr. Urs Sauter 37

Dr. Ngoc-An Tran 38

Dr. Rolf Vogt 39

II BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden

Produktionstechnik

Technique de production

Dr. Marcel Baak 43

Dr. Daniel Bättig 44

Fritz Bircher 45

Max Felser 46

Dr. Hans Köppel 47

Dr. Reinhold Krause 48

Alexander Leu 49

Dr. Franz Meyer 50

Dr. Beat Neuenschwander 51

Jean-Martin Rufer 52

Dr. Peter Walther 53

Roger Weber 54

Dr. Harald Wild 55

Dr. Erich Wyler 56

Technologie am Menschen

Technologie appliquée à l’être humain

Beatrice Amrhein 59

Werner Bäni 60

Dr. Emmanuel Benoist 61

Dr. Jürgen Burger 62

Roger Cattin 63

Daniel Debrunner 64

Jürgen Eckerle 65

Stephan Fischli 66

Claude Fuhrer 67

Dr. Josef Goette 2/2 68

Dr. Marcel Jacomet 69

Urs Josi 70

Urs Künzler 71

Christoph Meier 72

Yves Mussard 73

Dr. Andreas Stahel 74

Martin Züger 75

BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 – Berichte der Forschenden 1

Energie, Verkehr, Mobilität

Die Versorgung mit Energie und die Mobilität

nachhaltig zu sichern ist eine zentrale Aufgabe

unserer Gesellschaft. Drei Wege führen zum Ziel:

Es gilt mit den fossilen Energieträgern sorgfältig

umzugehen; neue, umweltfreundliche Energie-

formen bereit zu stellen und das Optimierungs-

potenzial auf der Seite der Verbraucher auszu-

schöpfen. Unsere Forschung trägt dazu bei –

mit zukunftsweisenden Technologien für ener-

gieeffiziente und abgasarme Antriebssysteme,

sichere Strassen- und Schienenfahrzeuge,

erneuerbare Energien und für ein effektives

Energiemangement.

Zwei Studien-Vertiefungen stehen zur Wahl:

„Transportation“ mit Forschung in den Berei-

chen Fahrzeugsicherheit und Mechanik sowie

Verbrennungsmotoren und Abgastechnik;

„Energy Systems“ mit Forschung in den Berei-

chen dezentrale und mobile Energiesysteme

sowie energieeffiziente Permanentmagnetantrie-

be. Beide stützen sich auf das Wissen unserer

Ingenieure und eine in der Schweiz einzigartige

Infrastruktur mit Abgasprüfstelle und Dynamic

Test Center (DTC) sowie PEM-

Brennstoffzellenprüflabor, Photovoltaik-

Systemtechniklabor und Hochspannungslabor.

Kontakt: [email protected]

Energie, Transport, Mobilité

Il incombe à notre société de trouver des solu-

tions durables en matière d’approvisionnement

énergétique et de mobilité. Pour ce faire, il

faudra agir sur trois volets: gérer les ressources

d’énergies fossiles avec parcimonie, trouver de

nouvelles formes d’énergie respectueuses de

l’environnement et optimiser le potentiel

d’économie du côté de la consommation. Notre

unité de recherche y contribue, grâce à des

technologies d’avant-garde visant à améliorer le

rendement énergétique et à réduire les gaz

d’échappement dans les systèmes motorisés,

rendre les véhicules (routiers et ferroviaires) plus

sûrs, développer les énergies renouvelables et

améliorer l’efficacité énergétique.

Nous offrons deux spécialisations: « Transporta-

tion », qui couvre la recherche sur la sécurité

des véhicules et la mécanique ainsi que sur les

moteurs à combustion et la technique des gaz

d’échappement; « Energy Systems » qui com-

porte la recherche dans les domaines des

systèmes énergétiques décentralisés et mobiles,

ainsi que des moteurs à aimants permanents

consommant moins d’énergie. Ces deux spé-

cialisations s’appuient sur le savoir-faire de nos

ingénieurs et sur une infrastructure unique en

Suisse: laboratoires de contrôle de gaz

d’échappement, d’essai de piles à combustible

PEM et de photovoltaïque ainsi qu’un Dynamic

Test Center (DTC) et un laboratoire haute ten-

sion.

Contact: [email protected]




Jan Czerwinski 032 321 66 80

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) EVM

Forschungsfeld(er) Verbrennungsmotoren und

Abgastechnik

Forschungsauftrag 390h

Schlüsselbegriffe

Alternativkrafstoffe, BioFuels, Schadstoffemissi-

onen, Alternativenergie, Betrieb mit BioFuels

Kurzdarstellung des Projektes

Die Problematik der Anwendung und der Emis-

sionen der Alternativkraftstoffe für Dieselmotoren

wird von der AFHB seit 2005 in folgenden

Projekten behandelt:

EV-Projekt „(Nano) Partikelanalyse mit ROR

und GTL„ 2006

KTI-Projekt „Blockheizkraftwerk mit Rapsöl

roh (ROR)“ 2006 / 2007

BAFU, BfE „BioFuels & Oils“ Antragsphase

2006 / 2007

_ _ _

EV Erdölvereiningung

GTL gas to liquid

Resultate

Im EV-Projekt wurden die Einflüsse der Kraft-

stoffe GTL, RME und ROR auf die Einspritzung,

Verbrennung und Emissionen an einem moder-

nen Arbeitsdieselmotor aufgezeigt. Die Randbe-

dingungen zur Anwendbarkeit dieser Kraftstoffe,

sowie Besonderheiten der (Fein) Partikelemissi-

onen wurden systematisch untersucht.

Im Projekt KTI wurde die Betriebsfähigkeit eines

Blockheizkraftwerkes im Labormassstab bestä-

tigt. Es wurde eine modernste Abgasnachbe-

handllung DPF + SCR installiert und gemäss

VERT-Prozedur bewertet.

Damit wurde eine fortschrittlichste Dieselmotor-

anwendung – mit CO2-neutralem Kraftstoff und

mit nahezu Nullemissionen mit Teilnahme der

BFH erarbeitet.

Neben der Grundlagenforschung stellen beide

Projekte eine wertvolle Unterstützung für die

Anwender dar.

_ _ _

DPF Diesel Partikelfilter

SCR selective catalytic reduction


4 BFH-TI Forschungsauftrag 2005/2006 – Berichte der Forschenden

Hansueli Feldmann 032 312 64 11

[email protected]


Forschungsfeld(er) Fahrzeugsicherheit und

Mechanik


Schlüsselbegriffe

Simulation, Bewegungssystem


Die Eisenbahnsimulation am PC wurde durch

ein Bewegungssystem erweitert, welches die

Simulation auch spürbar machen soll, indem der

Fahrersitz mit dem Bedienungspult um einen

Schwerpunkt in der Bauchgegend des Führers

geneigt wird. Für Beschleunigungen und Verzö-

gerungen nach hinten und vorne. Für Seitenkräf-

te nach links und rechts. Die Konstruktion des

Bewegungssystems war nicht steiff genug und

hat bei verschiedenen Bewegungen zu Schwin-

gungen geführt. Durch Berechnung und Simula-

tion optimiert wurde eine Verstärkung ange-

bracht. Die Steifigkeit ist nun zufriedenstellend.

Für die Simulation von Bahnhistorischen Fahr-

zeugen wurden die Grundlagen für die Simulati-

on einer Dampflokomotive erarbeitet. Daraus

abgeleitet könnte eine Simulation des Dampf-

verbrauches für das neue Dampfschiffprojekt

Trivapor in Neuenburg gemacht werden.

Aus einem alten Fahrzeugführerstand wurde ein

PC Führerstand konstruiert. Zahlreiche mecha-

nische Änderungen waren dabei notwendig.

Resultate

Das Bewegungssystem wurde aus Einfach-

heitsgründen mit Rechteck-Rohrprofilen aufge-

baut. Nachdem Bau zeigte sich, dass die Struk-

tur in gewissen Bewegungen zu weich war, was

sich in Schwingungsbewegungen zeigte, welche

durch die Simulation ausgelöst wurde. Diese

Schwingungen wurden analysiert. Mit einer

verschraubbaren Verstärkungskonstruktion

wurde das Gestell verstärkt und die Bewegun-

gen eingeschränkt. Um die Simulation möglichst

wirklichkeitsgetreu erlebbar zu machen, wurde

mit schwarzem Stoff die Umgebung des Simula-

tors verhängt, sodass der Bezug zu einem

festen Punkt möglichst nicht mehr da ist. Da-

durch wird die Simulationsbewegung immer

realistischer.

Zur Simulation einer Dampflokomotive (Anfrage

von einer historischen Bahn) wurden die Grund-

lagen erarbeitet. Die Maschine ist nun modelliert

und es kann ausgehend von einem Kesseldruck

mit verschiedenen Füllungen die Antriebskräfte

der Maschine errechnet werden.

Für den Verein Trivapor wurde auf derselben

Grundlage Simulationsrechnungen durchgeführt,

welche zum Ziel hatten den Dampfverbrauch der

in Holland gekauften Maschine zu errechnen.

Der Bericht zu dieser Untersuchung liegt vor.

Der Führerstand des alten Fahrzeuges wurde

bereits in Ausstellungen eingesetzt.



Bernhard Gerster 032 321 66 00

[email protected]



Mechanik


Schlüsselbegriffe

Strassenfahrzeuge; Elektronische Lenkung

(steer by wire); Behindertenlenkung; Aktive

Sicherheit; Reifenhaftung und Via Sicura


Joysteer ist eine voll elektronische Behinderten-

lenkung mit Gas- und Bremsfunktion zum

nachträglichen Einbau in Strassenfahrzeuge.

Das System wurde gegenüber dem ersten

Prototypen massiv vereinfacht und der Nutzer-

kreis erheblich vergrössert. Damit steht das

System joysteer nun nebst Muskelkranken auch

Menschen mit Tetraplegie und anderen moto-

risch einschränkenden Behinderungen zur

Verfügung. Das Lenksystem zeichnet sich durch

die Möglichkeit von Ein-, oder Zweihandbedie-

nung und eine weite, parametergesteuerte

Anpassung an die physischen Möglichkeiten der

Nutzer aus. Das System ist so sicher, wie eine

konventionelle Lenkradlenkung, was insbeson-

dere auf die Kraftrückmeldung der Reifen sowie

die geschwindigkeitsabhängige Lenküberset-

zung zurück zu führen ist.

In einem zweiten Projekt konnte mit verglei-

chenden Messungen der Reifencharakteristik

die Reduktion der Fahrerinformation durch

extreme Niederquerschnittreifen, deren Verbot

als Massnahme in Via Sicura postuliert ist,

objektiv dargestellt und validiert werden.

Resultate

Aufgrund der Ergebnisse der Fahrversuche

(August/September 2006) mit dem ersten

Prototypen (A1) von joysteer, wurden erstmals

die Erreichung der grundlegenden Projektziele

mit zwölf behinderten und vier nicht behinderten

Menschen überprüft und dabei die Parameter

identifiziert, welche für die Nutzer von Bedeu-

tung sind. Erfreulicherweise wurden die Erwar-

tungen in das Projekt bestätigt. Mit joysteer lässt

sich das Fahrzeug nach 20 Minuten Einfüh-

rungszeit ebenso sicher bedienen, wie mit einem

konventionellen Lenkrad. Zudem konnte die

Komplexität des Systems beim Aufbau des

zweiten Prototypen (A2) im Frühjahr 2007 we-

sentlich vermindert werden, womit die Geste-

hungskosten um den Faktor drei gesenkt wer-

den konnten. Zudem wurde ein neuer Ansatz

hinsichtlich MMI (Mensch- Maschinen-Interface)

entwickelt, der eine einzige Aktuatoreinheit

vorsieht, die sowohl für Ein- wie auch für Zwei-

handbedienung einsetzbar ist. An die Aktuato-

reinheit, welche auch die Gas- und Bremsbe-

dienung beinhaltet, kann die Umbaufirma belie-

bige mechanische Betätigungseinrichtungen

anbringen. Im Rahmen des Projektes werden

Varianten für Einhand- und Zweihandbedienung

entwickelt, damit die Systemfunktion überprüft

und den Umbaufirmen ein Komplettsystem

angeboten werden kann. Mit dem zweiten

Prototypen (A2) sind mit 16 Personen Ver-

gleichsversuche zum Lenkrad und zum Prototyp

A1 durchgeführt worden, die eine uneinge-

schränkte Funktion des Prototypen A2 zeigten,

obwohl dieser wesentlich einfacher aufgebaut

ist. Mit den Versuchen wurden die, für behinder-

te Personen kritischen Fahrmanöver doppelter

Spurwechsel, Kreiseldurchfahrt und punktge-

naue Bremsung in einem Fahrparcours unter-

sucht. Als Auswertekriterien kamen subjektive

Eindrücke und eine objektive Qualitätsbemes-

sung der Kurshaltung und Beschleunigungsän-

derung (Abweichung der aktuellen Beschleuni-

gung in Längs- und Querrichtung, relativ zum

gleitenden Mittelwert) zum Einsatz. Die Fahrver-

suche zeigten, dass die Bedienung der Sekun-

därfunktionen (mit Microschaltern) zu vereinfa-

chen ist, was mit einer neuartigen Bedieneinheit

über ein Kontrollpanel mit einer Vierfunktione-

nenbedienung (zwei Scroll- und zwei Bestäti-

gungspositionen) erreicht werden kann.

Die vergleichende Messung der Seitenhaftung

von Reifen der Serie 65 und 30 zeigte, dass das

Maxima der Seitenhaftung von 10° Schräglauf-

winkel (Serie 65) auf 5° Schräglaufwinkel (Serie

30) reduziert wird, womit die Haftungsgrenze bei

einem sehr schnellen Lenkmanöver (bis 90° am

Lenkrad) für einen Serie 30 Reifen bereits über-

schritten wird, das Fahrzeug also geradeaus

weiter fährt. Zudem wird die Rückstellmoment-

Entwicklung der Reifen in Funktion des Schräg-

laufwinkels ebenfalls um 50% gestaucht.



Dr. Josef Goette 1/2 032 321 67 31

[email protected]


Forschungsfeld(er) Energieeffiziente Perma-

nentmagnetantriebe


Schlüsselbegriffe

IPM-Synchronmotoren, "passivity-based

control"


IPM-Motoren sind AC-Synchronmotoren, bei

denen die Rotor-Feldwiklung ersetzt ist durch

Permanent-Magnete, welche innerhalb des

Rotors montiert sind. Durch diese Konstruktion

ergibt sich ein Motor mit ausgeprägten Polen,

dessen dynamisches Model ein nichtlineares

System ist; in der Referenz-Koordinatensystem-

Darstellung (dq-frame, Längsachse/Querachse)

des Systems zeigt sich, dass das elektrische

Moment nicht nur durch den i_q-Strom, sondern

zusätzlich auch durch das Produkt von i_q- und

i_d-Strom erzeugt wird (die effektiven Induktivi-

täten L_d und L_q in Längs- und Querachsen-

richtung sind ungleich). Motoren dieser Art

stellen an ihre Regelung besondere Ansprüche.

In der vorliegenden Arbeit haben wir zwei prinzi-

pell unterschiedliche Regelansätze zur Regelung

von IPM-Motoren untersucht und einander

gegenübergestellt: Regelung durch Input-Output

Linearisierung einerseits und "passivity-based

control" andererseits. Bei der Regelung durch

Input-Output Linearisierung haben wir neue,

dynamische Strategien zum "integrator anti-

windup" ersonnen, bei der "passivity-based

control" haben wir verschiedene in der Spezialli-

teratur bekannt gewordene Ansätze ausprobiert

und für das vorliegende Problem angepasst.

Das Hauptziel der Arbeit ist aber gewesen, die

Behauptungen aus der "passivity-based control"

Literatur zu verifizeren, wonach dieser alternati-

ve, auf Energieüberlegungen basierende Ansatz

anderen Regelansätzen überlegen ist. Wir haben

zeigen können, dass die von uns verwendeten

"passivity-based control" Ansätze tatsächlich

leicht besser abschneiden als die Input-Output

Linearisierungs-Ansätze, wenn das Modell exakt

ist, dass aber unsere Ansätze basierend auf

input-Output Linearisierung weit robuster gegen

Modellfehler sind. In diesem Zusammenhang

haben wir auch ein verfeinertes Modell für IPM-

Motoren entwickelt, das zukünftig sehr wertvoll

werden kann.

Resultate

Mehrere Ansätze zur Regelung von IPM-

Motoren sind untersucht worden. Diese Ansätze

stammen einerseits aus der Familie der Input-

Output Linearisierungsverfahren, anderseits aus

der Familie des "passivity-based control". Ein

positives Ergebnis der Arbeit ist, dass wir nun

wissen, wie wir IPM-Motoren regeln können,

wobei speziell die "integrator anti-windup"

Strategien für die Input-Output Linearisierungs-

ansätze hervorzuheben sind. Ein negatives

Ergebnis ist, dass wir die behauptete Ueber-

legenheit von "passivity-based control" Ansätzen

(noch) nicht haben verifizeren können. Wir haben

erst einige Ansätze aus dieser Familie implemen-

tiert, erst kürzlich bekannt gewordene Ansätze

sollten noch ausprobiert werden.

Ein weiteres positives Ergebnis der Arbeit ist

unser neues erweitertes Modell für IPM-

Motoren, welches auch die magnetische Sätti-

gung berücksichtigt. Die im Abschnitt 2 erwähn-

ten Modell-Parameter L_d und L_q sind keine

Konstanten mehr, sondern werden strom- und

damit zustandsabhängig. Für dieses Modell

haben wir erste Ansätze angedacht, wie die

Modell-Parameter des neuen Modells aus FEM-

Berechnungen, die zur Motorenauslegung

durchgeführt werden, gewonnen werden kön-

nen; wir haben auch Überlegungen angestellt,

wie diese Parameter aus Messungen an einem

existierenden Motor bestimmt werden könnten.



Dr. Kurt Marcel Graf 034 426 42 88

[email protected]


Forschungsfeld(er) Verbrennungsmotoren und

Abgastechnik


Schlüsselbegriffe

Biogas, Aufbereitung, Entspannungsdestillation,

Membrantrenntechnik, Gastankstelle


Die heute installierten Biogasaufbereitungsanla-

gen sind aufgrund der aufwändigen Aufberei-

tungstechnologie relativ gross und teuer. Mit

solchen Grossanlagen kann das Biogaspotential

von landwirtschaft-lichen Betrieben oder kleine-

ren Kläranlagen nicht für Treibstoffzwecke

genutzt werden. Ziel ist es eine einfache kosten-

günstige Aufbereitungsanlage zu entwickeln.

Die eigentliche Innovation des neuen Verfahrens

liegt in der Zusammenführung der Biogasaufbe-

reitung und der Gasverdichtung im selben

Anlagenmodul. Damit können kleinere Anlagen

(in Bauernhöfen, Kläranlagen, etc.) ökonomisch

sinnvoll betrieben werden.

Zusätzlich werden am Labor für Energie- und

Fluidverfahrenstechnik Prozessverbesserungen

durch gezielte Kombination von klassischen

Verfahren mit den neueren Membrantrennver-

fahren untersucht. Beim Destillationsprozess

können durch Vor- und Nachbehandlung der

Stoffströme die Produkte in reinerer Qualität,

vollständigerer Ausnützung der Rohstoffe und

mit kleinerem Energieeinsatz gewonnen werden.

Resultate

Biogas-Methananreicherung

In der ersten Projektphase wurden verschiedene

Möglichkeiten zur Trennung von CO2 und

Methan untersucht. Danach wurden von uns als

viel versprechende Verfahren die Entspan-

nungsdestillation und die Membranseparation

weiterentwickelt. Das aufbereitete Biogas wird in

Drucktanks bei 200 bar abgefüllt und als Fahr-

zeugtreibstoff eingesetzt.

Der theoretische Nachweis für die Funktions-

fähigkeit der Entspannungsdestillation wurde

erbracht. Der Energiebedarf für die wirt-

schaftliche Aufbereitung von kleineren Bio-

gasquellen beträgt ca. 4-5 % vom mecha-

nisch nutzbaren Energieinhalt des Rohgases.

Auf der Basis der Entspannungsdestillation

wurde das Konzept für eine Testanlage ent-

wickelt, die Hauptapparate ausgelegt und die

Konstruktionszeichnungen für Spezialteile

gemacht.

Die Testanlage wird beim Wirtschaftspartner

bis Ende November 2007 hergestellt.

Aufbereitung mit Membranverfahren

Durch die neuen Kombiverfahren mit Membra-

nen werden Energie und Rohstoffe eingespart,

einerseits durch verbesserte Prozessführung,

andererseits durch die Rückgewinnung von

Energie und Stoffen.

Es wurde eine Testanlage zur Trennung

wässriger Lösungen konzipiert und ausge-

legt. Die universelle, industrietaugliche Anlage

wurde nach unseren Vorgaben von einem

Anlagebauer hergestellt. Die erste Inbetrieb-

setzung wurde bei Kühni AG in Allschwil

durchgeführt.

Für die Gasaufbereitung mittels Membranen

wurde ein Versuchsstand ausgelegt und auf-

gebaut. Mit den eingesetzten Membranen

wurden Versuche zur Stickstoffanreicherung

von Druckluft erfolgreich durchgeführt. Erste

Versuche mit Biogas sind vielversprechend.



Dr. Heinrich Häberlin 034 426 68 53

[email protected]


Forschungsfeld(er) Dezentrale und mobile

Energiesysteme


Schlüsselbegriffe

Photovoltaik: Wechselrichter, Langzeitverhalten,

Sicherheit, Solargenerator-Simulator 100 kW


Das Photovoltaik-(PV-)Labor der BFH-TI führt

seit 1988 erfolgreich Arbeiten auf dem Gebiet

der PV-Systemtechnik durch. Viele dieser Arbei-

ten werden im Rahmen von drittfinanzierten

aF+E-Projekten durchgeführt, die vorwiegend

vom BFE und verschiedenen EWs finanziert

werden. Daneben werden auch vermehrt be-

zahlte Dienstleistungen erbracht für in- und

ausländische Firmen, die auf dem Gebiet PV

tätig sind. Das PV-Labor hat sich eine internati-

onal anerkannte Kompetenz auf dem Gebiet der

PV-Systemtechnik erarbeitet. Im Rahmen der

neuen Energiegesetzgebung ist 2008 auch in

der Schweiz eine landesweite Förderung der

Photovoltaik vorgesehen. Das PV-Labor wird

deshalb wertvolle Beiträge zur Sicherung der

Qualität und der technischen Weiterentwicklung

solcher Anlagen leisten können.

Weitere Infos: www.pvtest.ch .

Es gibt viele Arbeiten im Umfeld dieser Projekte,

die diesen nicht direkt belastet werden können,

die der Projektleiter aber trotzdem durchführen

muss (allgemeine Arbeiten auf dem Gebiet PV,

wie Projektakquisition, Publikationen, Tätigkeiten

in Normenkommissionen, Laborausbau, Kon-

taktpflege, Auskünfte, Schreiben von Anträgen

und Berichten, um überhaupt auf dem Sektor

aF+E arbeiten zu können, Personalführung

usw.). Diese Arbeiten und der Bau eines PV-

Generator-Simulators von 100 kW werden im

Rahmen des vorliegenden Projektes bearbeitet.

Resultate

In der Berichtsperiode wurde Anfang 2007 ein

Antrag für ein BFE-Fortsetzungsprojekt „PV-

Systemtechnik 2007-2010“ eingereicht, nach

Vorgaben des BFE im Sommer 2007 überarbei-

tet und Anfang August 2007 bewilligt. Unter

anderem wurde darin vom BFE gewünscht,

dass die Leistung des im Rahmen eines BFH-

Projektes zu bauenden Solargenerator-

Simulators auf 100kW erhöht wird (weitaus

stärkster PV-Generator-Simulator in Europa),

was eine ganz besondere technische Heraus-

forderung darstellt. Die Arbeiten an diesem

Projekt schreiten plangemäss voran und bis

Ende September waren die Schlüsselobjekte,

die 16 hochpräzisen Stromquellen, bereits fertig

gestellt.

Neben den unter Punkt 2 erwähnten allgemei-

nen Arbeiten wurden im Rahmen dieses Projek-

tes in der Zeit von Januar bis Juni 07 (zwischen

altem und neuem BFE-Projekt) auch einige

effektive Projektarbeiten und die Leitung der

Planungsarbeiten für den PV-SIM-07 durchge-

führt.

Es konnte auch ein neuer Assistent bis Anfang

2010 angestellt werden und die Anstellung

zweier bisheriger Assistenten bis Mitte 2009

verlängert werden. Damit ist der minimal not-

wendige Personalbestand im PV-Labor für die

erste Hälfte des Fortsetzungsprojektes gesi-

chert.

Wegen der im Jahre 2006 an verschiedenen PV-

Anlagen im In- und Ausland durch Lichtbögen

auf der Gleichstromseite von PV-Anlagen verur-

sachten Schwelbrände wurde der in den Jahren

1994 – 1998 vom PV-Labor der BFH-TI entwi-

ckelte Lichtbogendetektor reaktiviert, etwas

verbessert und 2006 ein neuer Patentantrag für

die im ersten Patentantrag 1994 noch nicht

enthaltenen Ideen eingegeben. Da das PV-

Labor der BFH-TI im zwischen 1996 und 1998

durchgeführten EU-Projekt PV safety nur sub-

contractor war, wegen des zu geringen Budgets

gewisse Beschreibungen und Schemas des

Lichtbogendetektors für die Feldtests an die

ausländischen Partner übergeben werden

mussten und der Schweizer Contractor, die

Firma Alpha Real, die inzwischen nicht mehr

aktiv ist, kein Geheimhaltungsabkommen mit

den damaligen Projektpartnern abgeschlossen

hatte, gilt der Inhalt der damals an die Projekt-

partner abgegebenen Dokumente nach Aus-

kunft des angefragten Patentanwaltes heute

patentrechtlich als publiziert (allerdings kaum

recherchierbar), so dass kein sinnvoller Schutz

mehr möglich ist. Das PV-Labor kann somit nur

versuchen, den vorhandenen Informationsvor-

sprung über den Bau von Lichtbogendetektoren

in entsprechende Dienstleistungs- und For-

schungsaufträge von interessierten Wechselrich-

terherstellern umzusetzen.


http://www.pvtest.ch/


Michael Höckel 032 321 64 16

[email protected]


Forschungsfeld(er) Dezentrale und mobile

Energiesysteme


Schlüsselbegriffe

Brennstoffzellen, Batterien, Elektrizitätsversor-

gung, Netzanalysen


Unter der Leitung des Berichterstatters wurden

an der HTI wurden 2006/07 diverse Brennstoff-

zellenprojekte durchgeführt:

IFC15S: Weiterentwicklung des Antriebstranges

des Hybrid-SAM.

IHPoS: KTI-Projekt zur Entwicklung eines kom-

merziellen Low-Cost-Stacks; Preisträger Swiss

Technology Award

pem-scoot: Elektroscooter mit einem H2/O2 –

Brennstoffzellensystem

pempac: tragbare Brennstoffzellen-

Stromversorgung in Form eines Rucksackes mit

einer AC-Leistung von 700VA

Ausbau/Erweiterung des Brennstoffzellenlabors

Zudem wurde der Berichterstatter in den Vor-

stand des Vereins Hydropole zur Förderung von

Anwendungen im Bereich Wasserstoff gewählt..

Darüber hinaus wurde mit mehreren ausländi-

schen Partnern ein EU-Projekt erarbeitet und

eingegeben.

Im Forschungsbereich Elektriziätsnetze wurde

der Zertifizierungkurs „Energiemanager“ in

Zusammenarbeit mit dem Managementzentrum

der BFH und externen Partnern (swisspower,

trainel energie) mit Verantwortung für den Wo-

chenkurs Verteilnetzmanager entwickelt. Es fand

eine erst und eine erste Durchführung statt.

Weitere 2 Durchführungen wurden vorbereitet

Resultate

Beim Brennstoffzellenstapel IHPoS wurde ein

vollständig neues Konzept umgesetzt. Der so

genannte Graphitfolienstapel ist ausschliesslich

aus verschiedenen Lagen stanzbarer Folien

aufgebaut. Diese Konstruktion macht die Ferti-

gung einfach und führt zu tiefen Produktionskos-

ten. Darüber hinaus sind diverse Funktionalitä-

ten, wie die Befeuchtung der Prozessgase und

die Abfuhr der Verlustwärme bereits im Stapel

integriert.

Das Stapelkonzept wurde an der BFH mit

finanzieller Unterstützung von Energie Schweiz

entwickelt. Die Anwendungsreife wurde gemein-

sam mit der Firma CEKA in einem KTI-

geförderten Projekt erreicht werden. Das entwi-

ckelte Produkt weist einen einfachen Aufbau,

eine hohe Leistungsdichte und eine gute Lang-

zeitstabilität auf. Verschiedene Stapelprototypen

wurden im Testlabor der BFH Langzeitdauer-

tests bis 1000h unterzogen, wobei keine Leis-

tungsdegradation erkennbar war. Marktuntersu-

chungen und erste Kontakte mit potentiellen

Kunden wie beispielsweise Systemintegratoren

haben gezeigt, dass IHPoS bereits bei Kleinse-

rien preislich äusserst attraktiv ist.

Der Brennstoffzellenscooter pemscoot konnte in

Betrieb genommen werden und im Expodrom

(Murten) in Betrieb genommen werden. Er steht

als Demonstrator zur Verfügung.

Das tragbare Brennstoffzellensystem pempac

wurde in Betrieb genommen. Aufgrund von

schadhaften Zellkomponenten könnte keine

akzeptable Leistung erzielt werden. Der Lieferant

hat zwar eine Ersatzlieferung geleistet, welche

allerdings bislang aufgrund von fehlenden Res-

sourcen nicht getestet werden konnte.



Willi Merk 034 426 68 41

[email protected]



Mechanik


Schlüsselbegriffe

Power Electronics, Control Platform, Electric

Devices


Dieses Projekt ist Teil des Gesamtprojektes

„Hybridmotor“ der Fa. Bombardier Transportati-

on und bezieht sich auf die Control Platform,

welche den Umrichters ansteuert, der für den

Betrieb eines geregelten Antriebs mit einem

solchen Motor erforderlich ist.

Die Control Platform basiert auf einem für solche

Anwendungszwecke optimierten digitalen

Signalprozessor (DSP) der Fa. Texas Instru-

ments. Ihre Hardware enthält die optoelektroni-

schen Treiber zur Ansteuerung zweier dreipha-

siger Zweipunkt-Umrichter oder eines Drei-

punkt-Umrichter, die für Antriebe notwendigen

Sensoreingänge, mehrere Analog- und galva-

nisch getrennte Binärein- bzw. ausgänge sowie

mehrere Kommunikationsschnittstellen wie

CAN, RS232 und USB.

Softwareseitig ist geplant, dass ein Anwender

dieses Systems den DSP mit der grafischen

Programmiersprache „Simulink“ programmieren

kann.

Resultate

Auf der technisch wissenschaftlichen Seite

konnten die folgenden Resultate erzielt werden:

Spezifikation, Konzeptentwurf, Schaltungsent-

wicklung und -dimensionierung, Bauelemente-

evaluation, Erstellung der Layoutrichtlinien und

Layout der Hardware (siehe unten).

Erstellung und Validierung des Simulink-

Simulationsmodells für den Antrieb in Fix-Point-

Arithmetik.

Analyse der notwendigen Funktionsblöcke des

Simulinks-Blocksets für den eingesetzten DSP in

Hinblick auf ihre Praxistauglichkeit.



Markus Moser 032 332 64 21

[email protected]



Mechanik


Schlüsselbegriffe


Die Eisenbahntechnik hat in den letzten Jahren

an unserer Schule einen festen Platz erhalten.

Durch eine Reihe von Vorzeigeprojekten vor

allem auch im Bereich des Fahrzeug-Refit

konnte bei den Bahnbetreibern und der Bahnin-

dustrie ein guter Ruf aufgebaut werden, den wir

erhalten wollen.

Mit dem Ausbau der Kompetenzen und der

Weiterführung der laufenden Projekte im Eisen-

bahnbereich, das bedeutet im speziellen:

Leittechnik für Neubauten und Refit von

Triebfahrzeugen

Einsatz von Funkfernsteuerungen für Loks im

Rangier- und Streckenbetrieb

Fahrzeugleittechnik mit der Erweiterung in die

Umrichtertechnik

ist dieses Ziel erreichbar.

Resultate

Transportation

Die laufenden Projekte im Bereich Leittechnik

von Triebfahrzeugen wurden abgeschlossen,

vorwiegend Optimierungsarbeiten fielen noch an

bei FB (Forchbahn),TN (Tram Neuenburg) und

OC (Chemins de fer Orbe-Chavorney).

Mehrere Projekte wurden offeriert, zu erwähnen

sind TL und tpf. In der Berichtsperiode sind

keine grösseren Aufträge eingegangen.

Das Know how in der Leistungselektronik und

Umrichtertechnik wurde über Literaturstudien

und durch die unten aufgeführten Aktivitäten

erweitert.

Energy Systems

Als alternative F&E-Aktivität erhielt die Indukti-

onsheiztechnik ein grösseres Gewicht. Eine

neue Generation Leistungsgenratoren für die

schonende und energieeffiziente Erwärmung

von angerichteten Speisen in Spitälern und

Heimen wurde entwickelt und zur Seriereife

gebracht.



Dr. Hansjürg Rohrer 032 321 63 73

[email protected]



Mechanik


Schlüsselbegriffe

Schienenfahrzeuge, Simulationstechnik, Führer-

stand, Zuglaufrechnung


Für technische Berechnungen im Zusammen-

hang mit Steuerungsumbauten, Störfällen und

Neudimsionierungen von Eisenbahnfahrzeugen

sind Simulationen (sog. Zuglaufrechnungen)

notwendig. Zur Ausbildung von Triebfahrzeug-

führern sind ebenfalls Simulationswerkzeuge

gefordert.

Damit können einerseits Energie-, Fahrzeit- und

Komponenten-Optimierungen betrieben werden,

andererseits sind ausserordentliche betriebliche

Situationen nachbildbar und vom Fahrpersonal

nachvollziehbar. Das richtige Reagieren bei

Störungen von Signal- und anderen Sicherheits-

anlagen kann gefahrlos und ohne Betriebs-

Beeinträchtigung geübt werden. Wegen der

immer stärker belasteten Infrastrukturanlagen

kommt diesem Punkt immer grössere Bedeu-

tung zu.

Das an der BFH vorhandene Simulationspro-

gramm wurde in diesem Sinne weiterentwickelt.

Resultate

In der Berichtsperiode konnten folgende Bestel-

lungen für Führerstand-Simulatoren abgewickelt

werden:

1. Ausbildungssimulator für Railplus AG (Ver-

band der Schweizer Schmalspurbahnen):

Der in einem Container untergebrachte Si-

mulator wurde im Jan.07 in Betrieb genom-

men. Das Engineering und die gesamte

Softwareentwicklung erfolgte an der BFH.

2. Ausstellungs- und Ausbildungssimulator für

die Association pour la Préservation du Ma-

tériel Ferroviaire Savoyard in Chambéry. Es

wurde ein Simulator der Lok CC6500 der

Französischen Staatsbahn SNCF entwickelt,

teilweise durch studentische Arbeiten. Inbe-

triebnahme Dez.07

3. Ausstellungsimulator für die Ausstellung zum

neuen Durchgangsbahnhof in Zürich (in der

Unterführung bei Gleis 18 in Zürich HB). Auf-

trag der SBB. Inbetriebnahme Okt.07.

In diesem Zusammenhang wurden die Funktio-

nalitäten des Loksimulations-Programmes sowie

dessen Bedienoberflächen und Schnittstellen

wesentlich erweitert.

Im Labor Biel konnte das Bewegungssystem

des hauseigenen Führerstand-Simulators in

Betrieb genommen werden. Wegen seiner

Grösse ist dieser Simulator damit nicht mehr an

externe Ausstellungen transportierbar. Als Ersatz

dafür konnte aus einem RBS-Steuerwagen ein

kompletter Führerstand übernommen werden,

der für Ausstellungszwecke hergerichtet und mit

den notwendigen Schnittstellen zum Simulati-

ons-Rechner versehen wurde. Erstmaliger

Einsatz an der Suisse Transport in Bern im

Nov.07.



Bernard Schmutz 032 321 63 60

[email protected]

Point fort(s) de recherche EVM

Champ(s) de recherche Entrainements électri-

ques efficace à aimants permanents

Mandat de recherche 100h

Mot clés

Simulation, Flow, Heat-transfer, Permanent-

magnet, Traction-motor

Description bref du projet

Dans le domaine de la traction électrique, la

substitution de moteurs synchrones à aimants

permanents aux machines asynchrones utilisées

jusqu’ici permettrait de gagner du poids, de la

place et de l’efficacité. Il en résulterait donc un

gain de compétitivité et des économies

d’énergie.

Un projet interdisciplinaire de développement de

moteur synchrone hybride à aimants perma-

nents (HPMSyn) à vocation ferroviaire a donc

démarré entre un groupe d’experts de la hesb-ti

et Bombardier-Suisse. Les bases de dévelop-

pement ont été établies dans le détail et les

interactions entre les aspects électriques et

mécaniques ont été analysées et optimisées, les

flux d’informations entre les différents outils de

simulation ont été organisés, testés et optimi-

sés.

Un prototype de rotor a été conçu, simulé,

optimisé, réalisé, puis testé par Bombardier. Le

fonctionne-ment de ce rotor rempli toutes les

attentes.

Resultats

Pour le groupe

Un prototype de moteur synchrone hybride à

aimants permanents a été conçu, simulé, opti-

misé, réalisé, puis testé au 3ème trimestre 2007.

Son fonctionnement est tout à fait conforme aux

attentes. Pour plus de détails, voir le rapport de

M. Vezzini

Pour moi

Les analyses par simulations numériques de

l’écoulement dans l’entrefer variable du rotor en

forme de trèfle développé par M. Vezzini ont

montré que les bénéfices électromagnétiques

engendrés par une telle forme ne sont pas

entachés par des problèmes d’écoulements :

les dissipations restent semblables à celles

d’un rotor circulaire,

les fluctuations de pression générées sont de

l’ordre de 600 Pa,

il n’y a pas lieu à s’attendre à plus

d’instabilités d’écoulement que sur un rotor

cylindrique,

un effet de pompage-refoulement a lieu aux

extrémités du rotor sur environ 3 cm de pro-

fondeur. Cet effet est légèrement bénéfique

au refroidissement du moteur.

Faute de données sur le champ de dissipations

électromagnétiques du moteur, l’analyse ther-

mique du moteur et l’optimisation de son refroi-

dissement n’a pu être réalisée.



Heinrich Schwarzenbach 032 321 64 15

[email protected]



nentmagnetantriebe


Schlüsselbegriffe

Permanentmagnetmotoren, mechanische

Simulationen, elektromagnetische Simulationen,

FEM


Die PM-Expert Group hat sich zum Ziel gesetzt

das Wissen zur vollständigen Simulation von

Permanentmagnetmotoren zu erarbeiten. In der

ersten Phase haben wir im Berichtsjahr ein

Verständnis der Themenfelder: Elektro-

magnetische Simulation, mechanische Simulati-

on und Strömungssimulation gewonnen. Nur in

der interdisziplinären Zusammensetzung der

Forschungsgruppe konnte dieses breite Wissen

aufgearbeitet werden. Dank diesen Grundlagen

können in Zusammenarbeit mit den industriellen

Partnern Permanentmagnetmotoren ausgelegt

und dimensioniert werden. Die ersten Motoren

auf Basis unserer Berechnungen sind gebaut

und haben auf dem Prüfstand ihre Erwartungen

erfüllt.

Resultate

Verständniss der Zusammenhänge zwischen

elektrischer Auslegung eines Permanentmotors

und der mechanischen Auslegung eines ent-

sprechenden Motors.

Der Stand und auch die Limitationen der vor-

handenen Berechnungshilfsmittel sind bekannt.

Konkrete Motoren wurden dimensioniert, vom

Industriepartner realisiert und getestet, d.h.

Berechnung der Magnetfelder in 2D infolge

der Permanentmagnete und Bestromung

Berechnung der Kräfte und Momente infolge

der Magnetfelder

Berechnung der Deformation des Perma-

nentmagnetrotors

Berechnung der Spannungen des Perma-

nentmagnetrotors

erste Berechnungen des Strömungsverlustes

im Motor

Die Forschungsgruppe hat sich etabliert.

Die Forschungsgruppe kennt die weiteren

notwendigen Schritte damit das Fernziel der

vollständigen Simulation von Permanentmag-

netmotoren erreicht werden kann.



Dr. Andrea Vezzini 032 321 63 72

[email protected]



nentmagnetantriebe


Schlüsselbegriffe

Energieeffizienz, Permanentmagnetmaschinen,

Elektroantriebe, Traktionsantriebe, Antriebstech-

nik


In einer interdisziplinären Forschungskollaborati-

on mit Bombardier Schweiz werden die Grund-

lagen für die Entwicklung von Hybrid-

Permanentmagnet-Synchronreluktanz-

Maschinen (HPMSyn) für die Anwendung im

Transportbereich (Bahn, Bus, Tram) untersucht.

Dies umfasst die Analyse der elektrischen und

mechanischen Probleme, die Optimierung des

Entwicklungsablaufs zwischen elektrischen und

mechanischen Lösungswerkzeugen, sowie eine

exemplarischen Auslegung und der Bau eines

Prototyps zwecks Überprüfung der gemachten

Annahmen.

Die erste Prototypenmaschine wurde erfolgreich

gefertigt und bei Bombardier Schweden erfolg-

reich ausgetestet. Dabei wurde eine hohe

Übereinstimmung mit den berechneten Werten

erzielt.

Im Moment wird an einer zweiten Maschine

gearbeitet und zudem ein Modell für den

schlimmsten Fehlerfall (interner Wicklungskurz-

schluss) erstellt. Dies erfolgt mit Dr. Juliette

Souliard von der KTH Stockholm.

Resultate

1. Im Rahmen der Zusammenarbeit innerhalb

der Kompetenzgruppe erfolgte ein Aus-

tausch von Informationen bezüglich den ver-

wendeten Werkzeuge und Methoden. Dies

betrifft vor allem die elektromagnetische,

thermische und mechanische Auslegung

elektrischer Maschinen (Schwarzenbach,

Schmutz, Vezzini).

2. In Zusammenarbeit mit der mechanischen

Finit Element Berechnung (Schwarzenbach)

wurde untersucht wie die geometrischen Pa-

rameter (optimale Magnetwinkel bei einer 4-

poligen Maschine) gewählt werden müssen

um eine möglichst hohe Ausnutzungsziffer zu

erreichen. Für die mechanische Simulation

wurden die magnetischen Kräfte ausgerech-

net und als zusätzliche Lasten neben der

Zentrifugalkraft definiert.

3. in Zusammenarbeit mit Bombardier Schwe-

den wurde der erste Prototyp einer Perma-

nentmagnetmaschine ausgelegt und nachge-

rechnet. Die Resultate der magnetischen FE-

Berechnung (Vezzini) wurden anschliessend

in selber entwickelten Matlab-Skript ausge-

wertet und die Ersatzschaltbildparameter für

die Regelungstechniker von Bombardier

Schweden daraus abgeleitet

4. Die berechnet Maschine wurde in Zusam-

menarbeit mit Bernhard Schmutz noch be-

züglich der Luftwirbelverluste im Luftspalt un-

tersucht. Dieses Modell wurde auch den Kol-

legen in Schweden vorgestellt.

5. Es erfolgte ein Besuch an der KTH in Stock-

holm, bei welchem mit der dortigen Gruppe

für Permanentmagnetantriebe ein interessan-

ter Erfahrungsaustausch stattfand und die

weiteren Schritte für 2007/2008 geplant

wurden

6. Bombardier Schweiz hat sich bereit erklärt

zwei Masterstudenten des Schwerpunktes

Energie – Verkehr – Mobilität finanziell zu un-

terstützen

7. Bombardier Schweiz hat einen Forschungs-

kollaborationsvertrag mit der BFH TI unter-

schrieben



Mobile Informationsgesell-

schaft

Dienste und Anwendungen, welche Informatik

und Kommunikationstechnik (ICT) verbinden,

prägen zunehmend unser berufliches und

privates Umfeld. Hier, im Handlungsfeld zwi-

schen Technologien der Mobilkommunikation,

Applikationen und (mobilen) Anwendern liegen

unsere Kernkompetenzen.

In der Vertiefung "Mobile ICT" erarbeiten wir

Konzepte und Lösungen für mobile Applikatio-

nen mit Hard- und Softwarekomponenten. Sie

fliessen in Syteme und Alltagsgüter ein, die im

Sinne eines `ubiquitous and pervasive Compu-

ting` laufend Informationen digital austauschen

und verarbeiten, sei es in Geschäftsprozessen

oder im privaten Alltag. In der Vertiefung „ICT-

based Management“ befassen wir uns mit der

fortschreitenden und vermehrt auch mobilen

Informatik-Unterstützung entlang der Wert-

schöpfungskette. Diese schafft neue Produktivi-

tätspotentiale in Unternehmen und Institutionen,

welche mit informatikgestützter Unternehmens-

führung realisiert werden können. In der Vertie-

fung „Identity, Security und Privacy“ behandeln

und lösen wir Fragen und Problemstellungen

der Sicherheit. Diese schafft bei den Anwendern

das Vertrauen, das notwendig ist, damit die

mobile Informationsgesellschaft ihre Aktivitäten

erfolgreich entfalten kann.


Société mobile de

l‘information

Les services et les applications faisant appel aux

technologies de l’information et de la communi-

cation (TIC) sont de plus en plus présents dans

nos vies professionnelles et privées: notre

compétence réside justement dans ce champ

d’action entre technologies de la communication

mobile, applications et utilisateurs.

Dans le cadre de la spécialisation « Mobile ICT »,

nous élaborons des concepts et des solutions

pour des applications mobiles à l’aide de com-

posants matériels et logiciels. Ces derniers

s’intègrent dans les systèmes et objets usuels,

dans la logique de l’« informatique omniprésente

», échangent et traitent des données numé-

riques en continu, tant pour un usage profes-

sionnel que privé. Dans le cadre de la spécialisa-

tion « ICT-based Management », nous nous

consacrons à l’assistance informatique (mobile)

sans cesse croissante dans la chaîne

d’approvisionnement. Cette dernière génère un

potentiel de gain de productivité dans les entre-

prises et les institutions, à exploiter en informati-

sant la gestion d’entreprise. La troisième spécia-

lisation « Identity, Security and Privacy » englobe

le traitement et la résolution des questions et

des problématiques liées à la sécurité. Le but

est d’instaurer un climat de confiance avec les

utilisateurs, nécessaire pour assurer le succès

des activités de la société de l’information

mobile.





Bernhard Anrig 032 321 63 34

[email protected]

Domaine principal de recherche MIG

Champ de recherche Identity, Security and

Privacy


Schlüsselbegriffe

Privacy, (Virtual) Identity, Anonymisierung,

WebService Security


Meine Forschungsarbeit konzentrierte sich im

vergangenen Jahre vor allem auf

die Mitarbeit in VIP und dort im Projekt FIDIS

(Future of Identity in the Information Society),

einem NoE (Network of Excellence) unter-

stützt durch die EU im 6th Framework Pro-

gramme for Research and Technological De-

velopment. VIP ist im Rahmen von FIDIS in

mehreren Workpackages tätig, hat den Lead

eines Workpackage und ist Editor von div.

Deliverables.

die Mitarbeit im Projekt Biocrypt, einem BFH-

Projekt, welches zum Ziel hat biometrische

Pseudonyme auf der Basis von Iris-Daten zu

entwickeln

die Zusammenarbeit mit der Gruppe „Web-

Service Security“ (DUE1, FHS1, BTE1,

ARB1), als Vertiefung ins Zusammenspiel

Security und WebServices

Resultate

Im Projekt FIDIS war ich an folgenden

Ergebnissen beteiligt

Fertigstellung des Buches „Profiling the

European Citizen“ (Springer-Verlag, Veröffent-

lichung Frühjahr 2008)

Mitarbeit am Deliverable „A Holistic Privacy

Framwork for RFID Applications“, insbeson-

dere zu Fragen der Ethik und Privacy von

RFID Applikationen.

Organisation des Workshops zu „Non-

Human Legal Entities“ in Brüssel (Jan. 07);

u.a. als Folge davon Ausarbeitung des

Workpackage „Abstract Person“ (Lead VIP)

Organisation des General Meeting in Neuen-

burg.

Mitarbeit in der Standardisierungsgruppe:

FIDIS hat ein sog. „Liaison statement“ von

ISO/IEC JTC 1/SC 27/WG 5

Mitarbeit am Artikel „Internet-Voting, Oppor-

tunity or Threat for Democracy?“ für die Kon-

ferenz Vote-ID 2007 (Bochum) [Konferenz

nach Berichtsperiode]

Mitarbeit und Repräsentation von VIP im Pol

„Security and Privacy“ von ICTnet

Im Projekt Biocrypt war ich an folgenden

Ergebnissen beteiligt

Aufbau einer biometrischen Datenbank (Iris)

Aufbau einer Strategie zur Berechnung von

biometrischen Pseudonymen; erste Ansätze

zur Validierung

Im WebService Security war ich an fol-

genden Ergebnissen beteiligt

Ausarbeitung eines BFH-Projekts TrustVote

(Projektleiter DUE1)

Verteifung in Security und WebServices; als

Folge ein Projekt von DUE1 mit der Rolotec

AG.



Dr. Endre Bangerter 032 321 64 78

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) MIG

Forschungsfeld(er) Identity, Security, Privacy


Schlüsselbegriffe

Acquisition of EU FP 7 project, IT security,

crypto engineering


BFH is part of the CACE (Computer Aided

Cryptographic Engineering) EU FP 7 consortium.

The project vision is to develop tools that sup-

port security engineers to design and implement

cryptographic protocols. The project consortium

consists of 12 members, including research

Universities, SMEs and Fortune500 companies.

Some of the participating researches are world

class in their field. The CACE project proposal

was very positively received by the EU commis-

sion and received a top ranking in the evalua-

tions. Thereafter, EU has started the funding

process and negotiations for the project and we

expect to sign the funding contracts with the EU

in December 2007. The project is expected to

start beginning of 2008 with duration of 3 years;

Dr. Bangerter of BFH is designated to be one of

the five work package leaders in the project.

Resultate

The main result is the acquisition of the project.

Below are some project details.

CACE - Computer Aided Cryptography

Engineering

Development of hardware devices and software

products is facilitated by a design flow, and a

set of tools (e.g., compilers and debuggers),

which automate tasks normally performed by

experienced, highly skilled developers. However,

in both hardware and software examples the

tools are generic since they seldom provide

specific support for a particular domain. The

goal of this project is to design, develop and

deploy a toolbox that will support the specific

domain of cryptographic software engineering.

Ordinarily, development of cryptographic soft-

ware is a huge challenge: security and trust is

mission critical and modern applications

processing sensitive data typically require the

deployment of sophisticated cryptographic

techniques. The proposed toolbox will allow

non-experts to develop high-level cryptographic

applications and business models by means of

cryptography-aware high-level programming

languages and compilers. The description of

such applications in this way will allow au-

tomatic analysis and transformation of crypto-

graphic software to detect security critical

implementation failures, e.g., software and

hardware based side-channel attacks, when

realizing low level cryptographic primitives and

protocols. Ultimately, the end result will be

better quality, more robust software at much

lower cost; this provides both a clear economic

benefit to the European industry in the short

term, and positions it better in dealing with any

future roadblocks to ICT development in the

longer term.

Project Partners

TECHNIKON, TEC Austria; Ruhr Universität

Bochum, Germany, University of Bristol, United

Kingdom; TU Eindhoven, Netherlands; University

of MINHO, Portugal; Bern University of Applied

Sciences, Switzerland; Aarhus University, Den-

mark; University of Haifa, Israel; Sirrix AG securi-

ty technologies, Germany; Helsinki University of

Technology, Finland; Nokia, Finland; Alexandra

Institute, Denmark.



Dr. Olivier Biberstein 032 32 16 324

[email protected]

Domaine principal de recherche MIG

Champ de recherche Identity, Security and

Privacy / Ubiquitous and Pervasive Computing

Pensum de recherche 390h

Mots clés

WebMetriX: Mesure de similarité, web-

documents, hyperliens, graphes

Anemon: détection à distance, température,

monitoring d'animaux.


WebMetrix

Ce projet consiste à réaliser l'étude d'un outil

permettant de déterminer la présence ou l'ab-

sence de propriétés pertinentes pour un site

web donné, et d'extraire certaines informations

syntaxiques voire sémantiques afin de pouvoir

établir une sorte de cartographie d'un site ou

d'une page web. Il s'agit d'établir plus généra-

lement des mesures au sens mathématique du

terme. La nouveauté de ce projet repose sur la

prise en compte des aspects structurels des

sites web pour ces mesures.

Alors que la plupart des outils existants se

chargent d'une analyse dynamique, c'est-à-dire

du trafic, des pages les plus visitées, optimisa-

tion des performances, etc., très peu d'appro-

ches s'intéressent à la structure statique d'un

site web.

Anemon

voir rapport de M. C. Brielmann

Resultats

WebMetrix

Acquisition de connaissances relatives au

domaine de l'infometrics et plus particulière-

ment des "similarity metrics". Une recherche

bibliographique a été réalisée et de très

nombreux articles ont été collectés et étu-

diés.

Différentes similarity metrics ont été étudiées

dans le cadre de ce projet fortement orienté

vers la comparaisons de la structure des

web-documents. Différents types de critères

orientés structure ont été étudiés et sélec-

tionnés à ces fins.

Diverses rencontres avec de potentiels

partenaires ont été réalisées: Institut des

sciences criminelles et HES Yverdon, Fédéra-

tion horlogère suisse, Police Fédérale (Dienst

für Analyse und Prävention).

Un prototype permettant la comparaison de

web-documents est en cours de finission, ce

prototype implémente déjà quelques similari-

ty metrics orientées structures résultant des

études susmentionnées. Ce prototype est

équipé d'un langage simple permettant l'en-

chainement et le filtre de certaines métrics.

Une présentation des travaux en cours a été

faites lors d'un workshop à Berlin en juin

2007.

Une autre présentation des travaux en cours

a eu lieu en septembre au département d'in-

formatique de l'Université de Genève.

Un projet BFH à été déposé en mai portant

sur la classification automatique de web do-

cuments.

Anemon

Un business plan a été établi

Une présentation du projet ANEMON a eu

lieu au CTI afin d'obtenir le coaching CTI-

Startup qui nous a été attribué.

Pour plus de détail voir le rapport de M. C.

Brielmann



Claude Brielmann 032 32 16 379

[email protected]


Forschungsfeld(er) Ubiquitous and Pervasive

Computing


Mots clés

Ne rien publier. Dépôt d'un brevet en cours.


ANEMON


InfoBehin

voir rapport de P. Raemy

Resultats

ANEMON


InfoBehin

voir rapport de P. Raemy



Roland Brun 034 426 68 47

[email protected]


Forschungsfeld(er) Mobile Communication

Technologies


Schlüsselbegriffe

High Speed CMOS, VHDL, Data Communicati-

ons


Entwicklung eines Receivers mit optischem

40Gb/s Eingang zusammen mit IBM Rüschlikon,

FH Nordwestschweiz und der ETH Zürich. Der

Empfänger ist voll digital und wird in CMOS

integriert. Das Forschungsvorhaben ist ein KTI

Projekt welches eine Fortsetzung eines Projek-

tes ist, welches Ende 2003 gestartet wurde.

Diese Fortsetzung war bereits zu Beginn des

ersten Projektes geplant. Die BFH ist in diesem

Projekt für den digitalen Regelkreis für die

Synchronisation verantwortlich. Es besteht hier

ein Zusammenarbeitsvertrag mit IBM Rüschli-

kon. Das Projekt wird auf Ende Nov. 2007

abgeschlossen.

Resultate

Inzwischen sind die ASICs vom zweiten Run

eingetroffen und auf einem provisorischen

Testsubstrat montiert. Erste erfolgversprechen-

de Messresultate liegen vor. Im Gegensatz zum

ersten Chip, in welchem wegen nicht funktionie-

renden Teilprogrammen nicht alle Layoutfehler

erkannt werden konnten, scheinen alle Module

zu funktionieren. Da das Testsubstrat noch

zulange Zuleitungen hat, konnte noch nicht bis

zur maximalen Geschwindigkeit getestet wer-

den.

Unsere Optimierung der VHDL Beschreibung

der State Maschinen hat sich als Erfolg erwie-

sen. Diese Tatsache ist für uns sehr wichtig für

zukünftige industrielle Projekte wie auch für

Arbeiten mit den Studenten. Auch das Pipelining

der Funktionen hat sich als richtig und wichtig

erwiesen. Es wurde keine Frequenzbereiche

festgestellt, wo das System nicht richtig funktio-

nierte.

Wir erwarten von den Messungen mit Flip Chip

gute Resultate für unseren Teil.

Die Dokumentation ist mittlerweile zum grössten

Teil erstellt. Sobald dass die letzten Messergeb-

nisse vorliegen können wir die Dokumentation

vervollständigen. Bis Ende November 2007 soll

das KTI Projekt abgeschlossen sein. Der Ab-

schlussbericht ist in Arbeit.



Dr. Walter Businger 032 321 63 19

[email protected]


Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy


Schlüsselbegriffe

Lyme-Borreliose, Datenbank mit Patienten-

Daten, statistische Auswertungen und Tests


In dieser Arbeit geht es darum, die durch Ze-

cken übertragene Lyme-Borreliose einerseits

besser diagnostizieren zu können und anderer-

seits besser behandeln zu können. In einer

Datenbank sind umfangreiche und sehr komple-

xe Patienten-Daten abgelegt, wie beispielsweise

über 100 Symptome pro Patient und zu ver-

schiedenen Zeitpunkten und natürlich auch

Therapie-Daten. Die Implementierung dieser

Datenbank war übrigens der erste Schritt in

unserem Projekt.

Seit einigen Jahren schon beschäftigen wir uns

mit der Auswertung dieser Daten. In der Periode

2005/06 ging es vor allem mögliche Therapie-

verbesserungen.

Resultate

In dieser Berichtsperiode wurde in erster Linie

die Wirksamkeit der intravenösen Therapien

gegenüber den übrigen Therapien untersucht.

Intravenöse Therapien sind teurer und aufwen-

diger.

Es hat sich gezeigt, dass die Verminderung von

gewissen Symptomen bei intravenösen Thera-

pien in der Tat grösser ist als bei nichtintravenö-

sen Therapien.

Anschliessend wurden gewisse Teilmengen von

Patientinnen und Patienten untersucht, die eine

intra-venöse Therapie erhalten haben. Es wurde

festgestellt, dass Männer noch besser auf die

intravenöse Therapie ansprechen als Frauen.

Ebenfalls sprechen ältere Patientinnen und

Patienten besser an als jüngere.



Fritz Dellsperger 034 426 68 [email protected]



Technologies


Schlüsselbegriffe

Smart Antenna, Aircraft, Videoübertragung,

Antennenarray, Beamformer


In einer speziellen Anwendung soll das Sende-

signal beweglicher, mobiler Bodenstationen in

einem Flugzeug auf 8'000 bis 10'000 m Höhe

empfangen werden können. Für den Frequenz-

bereich von 2.5 GHz wird damit eine Hochge-

winnantenne mit adaptiver, automatischer

Steuerung und Nachführung der Strahlungskeu-

le notwendig. Das in diesem Projekt zusammen

mit dem Industriepartner entwickelte Antennen-

array steuert die vertikale Strahlungskeule in der

x-y-Ebene. Für die Entwicklung des Antennenar-

rays wird eine leistungsfähige 3D-EM-Simulation

eingesetzt.

In einem Suchmode wird die Richtung für die

maximale Empfangsfeldstärke jedes Bodensen-

ders gesucht und anschliessend in einem Tra-

cking-mode die Strahlungskeule automatisch

der Signaleinfallrichtung nachgeführt. Die Kon-

zeption für den Empfänger im Flugzeug ermög-

licht, gleichzeitig auf mehreren Empfangskanälen

je eine unabhängige Strahlungskeule mit dem

gleichen Antennenarray zu realisieren.

Resultate

Mit Bewilligung vom 21.7.2006 und Vertrag vom

20.3.2007 konnte das KTI-Projekt am 1.3.2007

begonnen werden.

KTI-Zwischenbericht Aug. 2007

Bis heute verlief das Projekt entsprechend dem

Projektplan. Größere Schwierigkeiten haben sich

keine ergeben.

Stand Phase I: Detailkonzept abgeschlossen

Stand Phase II: Entwicklung

WP2 Antenneneinheit

Es wurden verschiedene Lösungsansätze der

Einzelantennenelemente simuliert und unter-

sucht. Zwei Lösungen werden zur Zeit realisiert

und ausgemessen. Die Simulation der Array-

funktion zeigte, daß mehr Einzelelemente als

ursprünglich angenommen verwendet werden

müssen um die geforderten Eigenschaften zu

erreichen. Die Resultate der Messungen in den

nächsten Wochen werden die endgültige Array-

grösse bestimmen.

WP3 Antenneneinheit mechanisch

noch keine Konstruktionsarbeiten durchgeführt

WP4 Downconverter, ZF-Verstärker, Trackin-

gempfänger, Oszillatoren

Mit Ausnahme des Trackin-gempfängers konnte

ein ganzer Empfangszug als Funktionsmuster

aufgebaut und ausgemessen werden. Er erfüllt

alle Spezifikationen. Der Trackingempfänger

befindet sich in der Designphase.

WP 5 Beamformer

Hier konnte gegenüber den ersten Ideen eine

innovative Lösung der Phasenschiebung mit

Digital-Direct-Synthesizern, deren Phasenlage

digital verändert werden kann, gefunden wer-

den. Ein Funktionsmuster ist aufgebaut und wird

in den nächsten Wochen zusammen mit dem

Empfangszug und eines Antennenarrays aus-

gemessen.

WP6 Signalverarbeitung, Steuerung, Bussystem

Zur Zeit wird das Rechnersystem, bestehend

aus Komponenten von National Instruments,

aufgebaut und in Betrieb genommen.

WP7 Überwachung, Alarmierung, Speisung

Am Speisungskonzept und dessen Realisation

wird zur Zeit gearbeitet und soll Ende August

abgeschlossen sein. Überwachung und Alarmie-

rung: Konzept vorhanden, noch keine Realisati-

on

WP8 Software

SW-Konzept und Strategie erarbeitet. Realisati-

on in Arbeit.

WP9 Inneneinheit mechanisch

Konzept vorhanden. In Arbeit.



Dr. Eric Dubuis 032 321 63 18

[email protected]


Forschungsfeld(er) ICT based Management


Schlüsselbegriffe

Informationssysteme, Business Application

Integration, Web Service Security, KMU


Nebst einer Vielzahl von betrieblichen Informati-

onssystemen stehen Unternehmen und Verwal-

tungen heute auch unzählige Konzepte und

Technologien zur Verbindung dieser Systeme

zur Verfügung. Ziel des vorliegenden Projektes

ist es, "best practices" zu erarbeiten, welche es

KMUs und Institutionen der öffentlichen Verwal-

tung ermöglichen, sich in dieser Komplexität

zurechtzufinden, sinnvolle Beschaffungsent-

scheide für Integrationsprodukte zu treffen und

ihre Prozesslandschaft auf die Anforderungen

untereinander integrierter Informationssysteme

anzupassen. Für eine breite Abstützung der

"best practices" ist der Einsatz sicherer Web

Services untersucht worden. Zur Sicherung der

Web Services gibt es viele offen Standards wie

XML und SOAP. Kommerzielle und Open-

Source-Implementationen dieser Standards sind

am entstehen. Der Ausbau eines Prototyps

wurde weitergetrieben. Das vorhandene Wissen

wurde in die Fachgruppe „Technologie“ des

Fachvereins eCH (www.ech.ch) eingebracht.

Resultate

Mitwirkung in eCH und eCH-

Fachgruppen

GV eCH vom 9.3.07: Kontaktaufnahme zu

FG-Leitern

FG Technologie: Sitzungen vom 22.3.07

(Verabschiedung SAGA 4), 29.8.07 (SAGA 5)

Mitwirkung FIDIS (Prof. Dr. D.-O. Jaquet-

Chiffelle)

Sitzungen

Teilnahme am „Research Meeting“ in Athen

vom 10. bis 12. September 2007); Bestäti-

gung des Beitrags zu „E-Government-

Strategie Schweiz und Deutschland“

Review des Deliverables D2.13 über „Virtual

Persons“

Projektvorschläge und Projektakquisitionen

Projektvorschlag „Dokumentarchivierungs-

dienst“ zuhanden der Bedag AG, Bern, vom

10. November 2007.

Projektvorschlag „TrustVote“ zuhanden der

BFH Forschungskommission; Rolle des An-

tragstellers, zusammen mit weiteren Kolle-

gen.

Mitarbeit in der Ausarbeitung der KTI-

Projektvorschlages „Strategische Führungs-

plattform für kleinere und mittlere Gemein-

den“ (Federführung Prof. Dr. Urs Sauter). Sit-

zung Gemeinde Brügg.

Akquisition Projekt „Rolotec“: Dienstleis-

tungsprojekt im Bereich Know-how-Transfer

„sichere Webdienste“, 1.10.07 bis 31.10.07,

CHF 15'000.

Referate

Informatik-Kolloquium, „Web Services and

Security – eine Auswahl“ in Biel vom 27. No-

vember 2007.

CHOOSE / SWEN Talk in Bern vom 19.

Februar 2007 zum Thema „Sicherheit in Web

Services“.

Aufbau einer Assistenzstelle im Bereich

Webdienstsicherheit und BAI.



Dr. Albert Fässler 032 321 62 62

[email protected]


Forschungsfeld(er) Identity, Security and Privacy


Schlüsselbegriffe

Lyme-Borreliose, Datenbank mit Patienten-

Daten, statistische Auswertungen und Tests


Die Ziele der Forschungsarbeit liegen in der

Verbesserung bzw. Vereinfachung sowohl der

Diagnose als auch der Therapie von Lyme-

Borreliose bei schwerem Krankheitsverlauf.

Bekanntlich gibt es keine Impfung gegen die

besagte Krankheit.

Zu diesem Zweck werden Therapie- und um-

fangreiche Symptomdaten von Patienten statis-

tisch ausgewertet.

Resultate

In dieser Berichtsperiode wurde in erster Linie

die Wirksamkeit intravenöser Therapien gegen-

über den übrigen Therapien untersucht. Intrave-

nöse Therapien sind teurer und aufwendiger.

Es hat sich aber gezeigt, dass intravenöse

Therapien statistische relevante bessere Ergeb-

nisse liefern. Bei differenzierterer Untersuchung

stellte es sich heraus, dass Männer bedeutend

besser auf die intravenöse Therapie ansprechen

als Frauen. Im Weiteren sprechen ältere Patien-

tinnen und Patienten besser an als jüngere.

Da bei schwerem Verlauf auch wirtschaftliche

Betrachtungen sehr ins Gewicht fallen können

(man denke etwa an langfristige oder bleibende

Arbeitsunfähigkeit), bekommt die Arbeit auch

eine ökonomisch nicht zu unterschätzende

Bedeutung.



Dr. Ulrich Fiedler 032 321 63 29

[email protected]@bfh.ch



Computing


Schlüsselbegriffe

Mobile Ad hoc Netzwerke, Netzwerksicherheit,

Intrusion Detection, Intrusion Response


Mobile Ad-hoc Netzwerke (MANETs) verbinden

Geräte wie VoIP Terminals, Personal Digital

Assistants und Notebooks über mehrere Zwi-

schenstationen drahtlos und ohne feste Infra-

struktur.

In einem solchen Netz können zwei Geräte,

welche im Empfangsbereich des jeweils anderen

sind, direkt miteinander kommunizieren. Falls

dies nicht möglich ist, können sie Datenpakete

via andere Geräte austauschen, die dann als

Zwischenstationen fungieren. MANETs können

flexibel auf Mobilität und Ausfälle von Geräten

reagieren, da die Wegleitung in Funktion der

Position der Geräte und Linkqualitäten situati-

onsabhängig arbeitet.

Jedoch sind MANETs – verglichen mit verkabel-

ten Netzwerken - einem erhöhten Risiko bezüg-

lich Angriffen ausgesetzt, da jedermann Zugriff

zum Uebertragungsmedium hat und mithören

kann. Darüber hinaus ist es einem Angreifer

unter gewissen Umständen auch möglich, die

physische Kontrolle über ein mobiles Gerät zu

übernehmen. Daher kommt der Erkennung und

der Reaktion auf Einbruchversuche und Angriffe

in einem mobilen Ad-hoc Netzwerk besondere

Bedeutung zu.

Resultate

In den letzten Jahren hat das Interesse in Theo-

rie und Praxis an mobilen Ad-hoc Netzwerken –

auch bedingt durch beachtliche Fortschritte in

der WLAN und WiMAX Technologie - rapide

zugenommen. Als Konsequenz wurden ver-

mehrt Forschungsanstrengungen im Bereich

Intrusion Management in MANETs unternom-

men.

Zwar gibt es schon seit ungefähr zwanzig Jah-

ren Arbeiten, die sich mit Intrusion Detection und

Response in Computernetzwerken allgemein

befassen, Intrusion Detection und Response

drahtlosen und mobilen Netzwerken ist jedoch

ein eher neues und aktuelles Forschungsgebiet,

in welchem immer noch laufend neue Resultate

veröffentlicht und neue Technologien entwickelt

werden.

Um für ein mögliches Industrieprojekt in diesem

hochaktuellen Gebiet gerüstet zu sein, habe ich

mir zum Ziel gesetzt, einen Überblick über

aktuelle Trends und die offenen Fragen in der

Forschung und in der Praxis im Bereich Intrusion

Management in MANETs zu erarbeiten.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst viel

Zeit für die Literaturrecherche und das Studium

bestehender Arbeiten verwendet. Dabei waren

Gespräche mit verschiedenen Hochschul- und

Industriepartnern hilfreich, da diese wertvolle

Anhaltspunkte liefern konnten, welche wissen-

schaftlichen Beiträge als Einstiegspunkt für ein

Projekt mit einem Wirtschaftspartner wie Sie-

mens, Ascom oder armasuisse dienen können.

Im Laufe dieser Arbeit wurden dann folgende

Themen vertieft angeschaut:

Signatur- und Protokoll-basierte Intrusion

Detection

Anamalie-basierte Intrusion Detection

Intrusion Detection in MANETs und hier

insbesondere Detection von Attacken auf die

Wegleitung wie Black-Hole Attacken, Leicht-

gewichtige System zur verteilten Detektion

und die Evaluation von Vertrauen in MANETs.




Rolf Gasenzer 032 321 63 28

[email protected]


Forschungsfeld(er) ICT-based Management


Schlüsselbegriffe

ICT-systemgestützte Corporate Performance

Management Methodik, Business Intelligence,

Mass Customization, Data Mining


Im Projekt DAMBI (Data Mining – DM - and

Business Intelligence - BI) werden Fragestellun-

gen auf dem Gebiet der systemgestützen Da-

tenaufbereitung und Datenanalyse sowie der

daraus folgenden systemgestützen Entschei-

dungsvorbereitung und -untersützung für Ge-

schäftsführungsprozesse angegangen: Wie

können relevante firmeninterne und speziell

aufbereitetete firmenexterne Daten (Knowledge

Discovery in Databases) in einer integrierten BI-

Lösung für Management-Cockpits aufbereitet

werden, welche die Unternehmensführung in der

Tagesdisposition, bei operativen Umsetzungs-

entscheiden und in der strategischen Ausrich-

tung unterstützen? Im Rahmen dieser über

mehrere Phasen angelegten Projektabfolge wird

für die Periode Oktober 2006 bis Oktober 2007

das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung

geeigneter systemgestützter Methoden zur

Behandlung der Kundenbewertung und –

profilerstellung im Hinblick auf die Kundenseg-

mentierung sowie der Ansätze zur Kundenbin-

dung und -rückgewinnung.

Resultate

In Zusammenhang mit der Erweiterung des

Produktionsprozesses von Informationsproduk-

ten wurden Konzepte für eine Methodik ausge-

arbeitet, um bestehende mobile Datenapplikati-

onen für Mobiltelefone (Darstellung der Informa-

tionsausgabe auf dem Display, Eingabe via

Tastatur) in eine Audiotex-Struktur überzuführen

(Informationsausgabe via Sprache [reiner Text-

to-Speech-Ansatz]/Ton, Eingabe via Spra-

che/Stimme und Zahlentastatur.

Die Resultate aus dem Teilprojekt Data Mining

(Ngoc-An Tran) wurden laufend in die konzipier-

ten Management-Cockpits als Unterstützungs-

werkzeuge eingegliedert und hinsichtlich ihrer

Eignung für die Unternehmensführung (von

KMU) bewertet. Daraus folgend entstanden ein

Konzept und die Spezifikation für die Weiterent-

wicklung der Instrumente zu systemgestützten

Führungswerkzeugen. Hinzu kamen Ergebnisse

aus den Validierungsarbeiten zum Konzept

anhand des Anwendungsbeispiels "foodgui-

de.ch". Dazu wurden eine Bibliothek an Soft-

ware-Komponenten erstellt, welche aufgrund

des Kundenverhaltens innerhalb der Service-

Applikation, das Angebot und die Ausgabefor-

men entsprechend steuern, um höhere Transak-

tionsvolumina zu generieren.



Dr. David-Olivier Jaquet-Chiffelle 032 32 16 266

[email protected]

Point fort(s) de recherche MIG

Champ(s) de recherche Identity, Security and

Privacy


Mot clés

Projet européen, identité virtuelle, pseudonymes

biométriques


FIDIS

VIP a renforcé son activité dans le cadre du

projet européen FIDIS. Et cette activité sera

encore plus importante durant l'année acadé-

mique 2007-2008. Recherche et dévelopement

dans le domaine des personnes abstraites. Un

nouveau workpackage intitulé "Abstract per-

sons" a été créé et est dirigé par VIP.

BioCrypt

Le projet BioCrypt, financé par la BFH, devrait

permettre la création de pseudonymes biomé-

triques qui possèdent les propriétés de convivia-

lité liées à la biométrie, tout en éliminant certains

des faiblesses de la biométrie (données sen-

sibles, personnelles, immuables, etc).

JLD1 est esponsable de VIP et du champ de

recherche "Identity, Security and Privacy"

JLD1 aide à la mise en place du master.

Résultats

FIDIS

JLD1 a été élu responsable du domaine "Priva-

cy" pour le projet FIDIS (plusieurs workpackages

dé-pendent de ce domaine).

JLD1 a organisé (avec le soutien de BIE1, de

ARB1) le General Meeting en mars 2007 en

Suisse (Neuchâtel)

JLD1 a participé à la réalisation de plusieurs

deliverables et a été le reviewer pour le delive-

rable 5.3 sur "Identity related crime". L'impor-

tance des commentaires de JLD1 a fait que les

auteurs ont proposé à JLD1 d'être co-auteur

dans la publication externe qui suivra (Revue

internationale)

VIP a réussi à introduire un nouveau workpac-

kage "Abstract persons". VIP est le leader de ce

work-package.

JLD1 a été membre du comité scientifique de

IFIPsec2007, Security and Control of Identity in

Society (SCITS 4), Sandton, en Afrique du Sud

JLD1 a été membre du comité scientifique "The

Future of Identity in the Information Society"

Third In-ternational Summer School organized

by IFIP WG 9.2, 9.6/11.7, 11.6 in cooperation

with FIDIS and HumanIT, Karlstads University,

en Suède

JLD1 a été membre du comité scientifique

VOTE-ID 2007 First Conference on E-Voting and

Identity, Bochum, en Allemagne

JLD1, ARB1 et BIE1 ont soumis un papier qui a

été accepté dans la conférence VOTE-ID 2007

First Conference on E-Voting and Identity,

Bochum, en Allemagne

BioCrypt

Le projet BioCrypt a débuté en février. Les

résultats à la fin septembre sont encore prélimi-

naires, mais très prometteurs. L'assistant qui a

été engagé est particulièrement bon et donne

donc entière satis-faction.

Autres

JLD1 a fait en mars 2007 une expertise pour la

Commission européenne.



Rolf Jufer 032 321 64 63

[email protected]




Schlüsselbegriffe

Enterprise Application Integration (EAI), ICT-

based Management, Prozessunterstützung


Ziel des Projektes war die Entwicklung und

Validierung von Konzepten und Lösungsansätze

für die inner- und überbetriebliche Integration

von Daten, Funktionen, Anwendungen sowie

Prozessen unter Berücksichtigung strategischer,

betriebswirtschaftlicher, sozialer und technologi-

scher Faktoren. Die heute bekannten und

publizierten Ansätze betrachten jeweils nur eine

Untermenge der genannten Faktoren, d.h. es

fehlen nach wie vor eine umfassende, integrierte

BAI-Methodologie und Konzepte. Mit unseren

Arbeiten konnten wir diese Lücke zumindest

teilweise schliessen und ein praxisorientiertes

Methodenbündel entwickeln, welches sich an

den Bedürfnissen der Schweizerischen KMU’s

sowie den Institutionen der öffentlichen Verwal-

tung orientiert.

Die Validierung der Ergebnisse erfolgt zurzeit im

Rahmen eines Praxisprojektes mit einer Bieler

KMU (Geburtsjahrbuch.ch Vertriebs AG) sowie

im Zusammenhang mit einem departementsin-

ternen Projekt (PM TI).

Resultate

Im Verlaufe der vergangenen Montate haben

grosse Hersteller wie SUN oder open source

Communities wie Apache und JBOSS einige

vielversprechende neuen Standards und Tech-

nologien entwickelt und publiziert, welche sich

hervorragend für die von uns erforschten Integ-

rationslösungen eignen. Wir haben zahlreiche

von diesen Technologien und Architekturen

genauer auf ihre Eigenschaften und Vorteile

untersucht und im Rahmen von zwei Praxispro-

jekten (Kiwj.net mit der Geburtsjahrbuch.ch

Vertriebs AG sowie dem departementsinternen

Prozessmanagement TI) validiert. Ein weiterer

Erkenntnisgewinn ergibt sich zudem aus zwei

eben erst abgeschlossenen Diplomarbeiten,

welche ich betreut habe. Die Ergebnisse aus

den genannten Praxisprojekten und Diplomar-

beiten werden z.Z. noch ausgewertet und zur

gegebenen Zeit in entsprechenden Fachbeiträ-

gen veröffentlicht.

Plattform für die strategische Führung kleiner

und mittlerer Gemeinden sowie KMU's:

In den genannten Bereichen wurden in der

Berichtsperiode je ein BFH- und ein KTI For-

schungsantrag gestellt. Bei Erstgenanntem habe

ich als Hauptantragsteller mitgewirkt, bei Letzte-

rem habe ich den Hauptantragsteller (U. Sauter)

bei der Ausarbeitung und dem "Networking"

unterstützt.

Am der von den Firmen DV Bern und Mimacom

AG Burgdorf organisierten Fachtagung vom

20.9.07 organisierten hielt ich das Keynote-

Referat zum Thema "Erfolgreiche Anwendung

von Open Source Lösungen in der Praxis".



Dr. Hansjörg Keller 032 321 63 12

[email protected]



Computing


Schlüsselbegriffe

Behinderte, Navigationssystem, mobile Terrmi-

nals, Symbian-Programmierung


Teil A

Da sich zeigte, dass WLAN Simulationen nur

begrenzten Nutzen für das Gruppenprojekt

erbringen, wurde darauf verzichtet. Die Aktivität

beschränkte sich auf den PROSIM Unterhalt.

Teil B

Neben dem Abschluss der Telephonie-Plattform

(Portierung von Linphone auf ein Foxboard)

erfolgte schwergewichtig die Unterstützung des

Blinden-Navigationssystems ( vgl. REP1 ). Hier

wurden die SW für Nokia Mobiltelephone der E

und N- Serie unter Symbian erstellt und wesent-

liche Beiträge zur Fehlersuche der DRC Soft-

ware geleistet.

Als Ergebnis liegt ein lauffähiges System ( Ser-

ver, E60, DRC Box ) in 2 Prototypen vor.

Resultate

Teil B

Linphone Portierung auf Foxboard: Diese Aktivi-

tät wurde softwareseitig abgeschlossen. Das

embedded LINUX auf dem Foxboard unterstützt

jetzt die VoIP Telephonie mit dem Signalisie-

rungsprotokoll SIP sowie die RTP – Audio

Ströme. Da die entsprechende Hardware (

Unterstützung von Mikrophon und Hörer ) noch

nicht bereit ware, wurden für die Tests als Quelle

und Senke der Audioströme Dateien verwendet.

Es liessen trotzdem sich erfolgreich Verbindun-

gen zu VoIP Softphones aufbauen und Audio in

beiden Richtungen übertragen. ( Vgl. Gesuch

BAC1 ).

Als nicht geplante Aktivität wurde im Rahmen

von InfoBe-ÖeV die Programmierung der Nokia

Mobiltelefone für das Projekt „Blindennavigation“

( REP1 ) übernommen, da die Schule den damit

beschäftigten Assistenten keine marktkonfor-

men Löhne mehr bieten konnte. Dabei wird

selbst-entwickelte Hardware „DRC Box“ ( ent-

haltend eine GPS und eine DRC Einheit ( elekt-

ronischer Schrittzähler / Kompass ) ) via Blue-

tooth mit dem Mobiltelephon verbunden, wel-

ches über GPRS die Lagekoordinaten an einen

Server weitergibt. Dieser gibt dem Handy In-

struktionen für den Sehbehinderten zurück,

welche mit einer Text-to-Voice Software hörbar

gemacht wird.

Um die Systemintegration zu erleichtern, wurde

im Handy zusätzlich eine Logging Funktion

implementiert, welche alle Meldungen von/nach

DRC-Box und Server in eine Datei ablegt. Sie

erwies sich als unverzichtbar für die Fehlersuche

während der Systemintegrationsphase.

Da erste Feldtests zeigten, dass die Software

der „DRC-Box“ schwerwiegende Mängel auf-

wies wurde hier zusätzlich Hilfe beim Suchen

und Beheben der Fehler nötig.

Auf Ende der Berichtsperiode entstanden 2

Prototypen, welche von mehreren blinden

Personen getestet wurden. Im Augenblick findet

ein offizieller Test durch den Schweizerischen

Blinden- und Sehbehindertenverband statt.



Marcel Pfahrer 032 3216 335

[email protected]


Forschungsfeld(er) ICT-Based Management


Schlüsselbegriffe

E-Government, ERP, EAI, Sharepoint, ASP.NET


Projekt 1: Plattform für die strategische

Führung kleiner und mittlerer Gemeinden

Gemeinsam mit einigen Pilotgemeinden entwi-

ckelt eine Gruppe der BFH-TI und der HES-SO

Sierre Führungsinstrumente, die Gemeinden bei

der Formulierung und Umsetzung ihrer strategi-

schen Zielset-zungen helfen. Um eine nachhalti-

ge Wirkung zu erzielen, will die Gruppe die

Partnergemeinden während 4 Jahren begleiten.

In der Berichtsperiode sind die Vorbereitungsar-

beiten für ein grösseres KTI-Projekt vorangetrie-

ben worden. In zahlreichen Meetings mit den

potentiellen Partnern konnten 7 Pilotgemeinden,

das Amt für Gemeinden und Raumordnung des

Kantons Bern, der Schweizerische Gemeinde-

verband, Microsoft Schweiz (Public Sector), die

Talus Informatik AG und eine Arbeitsgruppe der

HES-SO für eine Mitarbeit gewonnen werden.

Der KTI-Antrag ist nach Ablauf der Berichtsperi-

ode eingereicht worden und wird voraussichtlich

im November durch die KTI behandelt werden.

Projekt 2: Microsoft Dynamics NAV

Im Rahmen dieses Projektes werden langfristig

technisches und betriebswirtschaftliches Know-

How rund um das ERP System „Microsoft

Dynamics NAV“ aufgebaut. Aktuelle Arbeiten

konzentrieren sich auf die Integration mit ande-

ren Systemen (z.B. Sharepoint, BizTalk, andere

ERP Systeme usw.) sowie die Vertiefung der

Zusammenarbeit mit Microsoft und Partnern im

wirtschaftlichen und akademischen Umfeld.

Projekt 3: Microsoft Sharepoint

Umfasst den Auf- und Ausbau von Kenntnissen

und die Realisierung von Software für die Nut-

zung von Sharepoint als Informations- und

Integrationsplattform. Ergebnisse aus diesem

Bereich werden insbe-sondere in den Projekten

1 und 2, aber auch im TI-internen Projekt „Mo-

ve“ genutzt.

Resultate

Projekt 1: Plattform für die strategische

Führung kleiner und mittlerer Gemeinden

(siehe Bericht U. Sauter)

Projekt 2: Microsoft Dynamics NAV

(siehe Bericht U. Sauter)

Projekt 3: Microsoft Sharepoint

In der Berichtsperiode wurde das Prototyp-

Framework für die Realisierung von Sharepoint-

Applikationen weiter ausgebaut. Dies umfasst

insbesondere zwei Bereiche:

Individuelle resp. rollenbasierte Navigation,

Funktionalität und Inhalte. Zusätzlich ist die

Rollenzugehörigkeit gekoppelt mit der Organisa-

tionshierarchie.

Integration der GUI-Komponenten mit XML-

basierten Meta-Informationen aus der Daten-

schicht.



Peter Raemy 032 321 67 63

[email protected]



Computing


Schlüsselbegriffe

Drahtlose Information, Behinderte, öffentlicher

Verkehr, Navigationssystem, mobile Terminals


Das Bundesgesetz über die Gleichstellung von

behinderten Personen (BehiG) im öffentlichen

Verkehr (öV) bedingt grosse Investitionen und

flächendeckende Installationen bei den öV-

Betreibern in der ganzen Schweiz. Es gibt aber

erst ansatzweise Lösungen und die Übergangs-

frist für bestehende Anlagen läuft bereits im Jahr

2013 ab. Bei Neubauten gilt das Gesetz seit

2004.

Nach unserem Ansatz sollen die Informationen

drahtlos auf mobile Endgeräte (Handy) übertra-

gen werden. Dies erfordert aber, dass jeder

Betreiber die Informationen gleich anbietet, was

nur durch Normen erreicht werden kann. Aus

diesem Grund wurde mit dem ETSI eine interna-

tionale Standardisierung in Angriff genommen.

In der Berichtsperiode ergab sich ein Projekt mit

dem Schweizerischen Blindenverband (FSA),

welches zum Ziel hat, blinde Personen in einer

Stadt zu führen. Dieses Projekt nahm einen

derart grossen Umfang an, dass die anderen

Aktivitäten zurückgestellt werden mussten.

Resultate

Vom Schreibenden wurde das Thema bei

zahlreichen Gelegenheiten vorgetragen (ASUT-

Lunch, Ta-gung öV, FAEL, etc.).

Beim ETSI wurde ein Work-Item akzeptiert und

der Schreibende ist ETSI-Rapporteur

In der Berichtsperiode gab es zwei Sitzungen

und eine Veranstaltung mit Schwerpunkt zum

Thema Informationen für Hörbehinderte beim

ETSI an der der Schreibende teilgenommen hat.

In Zusammenarbeit mit dem Schweizerischen

Blindenverband (FSA) ergab sich ein Projekt,

welches zum Ziel hat, blinde Personen in einer

Stadt zu führen. Dieses Projekt weitete sich

derart aus, dass insbesondere im letzen Halb-

jahr alle verfügbaren Kräfte beansprucht wur-

den.

Es wurden zwei Prototypen entwickelt. Diese

enthalten im Wesentlichen einen GPS-

Empfänger, einen Dead Reckoning Compas, ein

Bluetooth-Modul, einen Mikroprozessor und

eine Li-Ion-Batterie. Über Bluetooth wird die

momentane Position zum Mobiltelefon (Handy)

übertragen, welches seinerseits über GPRS mit

einem Server kommuniziert. Mit Ausnahme der

Server-Software wurde alles von uns entwickelt.

Die Tests mit den beiden Prototypen verliefen

derart vielversprechend, dass nun eine verbes-

serte Version entwickelt wird, die im Rahmen

des Blindenweltkongresses UMA 2008 in Genf

(Union mon-diale des aveugles) vorgestellt

werden sollen. Die Finanzierung erfolgt über den

Blindenverband und es wird ein KTI-Antrag

vorbereitet.

Zusammen mit Robert Ruprecht wurde in der

Sondernummer zum Thema Societal Interface –

Solving Problems – Affecting Changes der

Zeitschrift ‚interactions’ ein Artikel unter dem

Titel Making Public Transport Information Ac-

cessible Through ICT verfasst. Erschienen ACM,

New York 9/07 S. 33-35.



Michael Röthlin 032 321 63 17

[email protected]


Forschungsfeld(er) ICT based Management


Schlüsselbegriffe

Enterprise Application Integration (EAI), SOA,

KMU


Nebst einer Vielzahl von betrieblichen Informati-

onssystemen stehen Unternehmen und Verwal-

tungen heute auch unzählige Konzepte und

Technologien zur Verbindung dieser Systeme

zur Verfügung. Ziel des vorliegenden Projektes

ist es, "best practices" zu erarbeiten, welche es

KMUs und Institutionen der öffentlichen Verwal-

tung ermöglichen, sich in dieser Komplexität

zurechtzufinden, sinnvolle Beschaffungsent-

scheide für Integrationsprodukte zu treffen und

ihre Prozesslandschaft auf die Anforderungen

untereinander integrierter Informationssysteme

anzupassen. Als Vehikel für die Formulierung der

"best practices" dient ein Prototyp, welcher

modellhaft mehrere Beschaffungs- und Absatz-

prozesse zwischen verschiedenen mittelständi-

schen Unternehmen resp. deren ERP-

(Enterprise Resource Planning) Systemen abbil-

det. Mithilfe der Transaktionsplattform Microsoft

BizTalk werden dabei Daten zwischen Ge-

schäftspartnern ausgetauscht und Aktivitäten

synchronisiert; für die Übertragung zwischen

den verschiedenen Plattformen und Technolo-

gien werden dabei offene Standards (XML,

openTRANS, etc.) verwendet.

Resultate

Vorträge an Tagungen

Vortrag am 2006-11-06 im Rahmen des "QoIS

2006 - 2nd International Workshop on Quality of

Information Systems" an der Konferenz "25. ER

2006" Tucson, Arizona, USA, basierend auf

Publikation Knolmayer, G., Röthlin, M.: "Quality

of Material Master Data and its Effect on the

Usefulness of Distributed ERP Systems." In:

Roddick, J.F. et al. (Eds.): Advances in Concep-

tual Modeling - Theory and Practice. Lecture

Notes in Computer Science 4231, Ber-

lin/Heidelberg: Springer 2006, Seiten 362-371

(http://www.springerlink.com/content/w660uq1

744523801/).

Realisierung einer Integrationslösung

(Single Sign On) für webbasierte Platt-

formen der BFH

Produktivstart der Lösung anfangs Sommerse-

mester 2007 (Einbindung der Middlewarelösung

Shibboleth in Lernplattform Moodle der BFH,

Integration der Registrierung und Authorisierung

von Benutzenden, Anbindung an AAI-Lösung

von Switch).

Arbeiten an Gruppenprojekt (Single Sign

On)

Einbindung Meldungsübertragung über

SMTP/SOAP, Evaluation Datenkommunikation

zwischen .NET (BizTalk-Server) und PHP (Pear).

Schulungen für Externe

Vorbereitung und Durchführung eines eintägigen

Workshops für einen externen Kunden zum

Thema Datenqualitätsmanagement.

KTI-Antrag "Strategische Führungsplatt-

form für kleinere und mittlere Gemein-

den" (Gemeindecockpit), Projektleitung

Urs Sauter:

Dank Kontakten und Vorbereitungstreffen mit

Hochschulpartnern, Kanton Bern, Gemeinde-

partnern, Gemeindeverband, Softwareanbietern

nun Einbindung der Partner in Projekt

KTI-Antrag liegt vor und kann im November

2007 eingereicht werden.



Dr. Robert Ruprecht 032 321 63 54

[email protected]



Computing


Schlüsselbegriffe

Öffentlicher Verkehr, Drahtlose Information,

Behindertengleichstellungsgesetz


Das öffentliche Transportwesen ist in starkem

Wachstum begriffen. Die entsprechenden

Informationsinfrastrukturen haben sich stark

entwickelt, so erhalten z.B. Reisende an grösse-

ren Bahnstationen und Flughäfen neben ver-

schiedenartigen optischen Informationen (z.B.

Fahrpläne, schriftliche Hinweise auf Änderungen,

Angaben über Panels) manche auch akustisch

(Lautsprecherdurchsagen). Innerhalb dieser

Stationen gibt es auch Leitlinien für Sehbehin-

derte.

Dies deckt allerdings nicht alle Bedürfnisse ab:

Kleine Stationen, Haltestellen (von Bussen und

Trams) kennen solche Möglichkeiten nur im

Ansatz, die Fahrzeuge selber (Eisenbahnwagen,

Busse) haben zwar auch sehr aufgeholt, trotz-

dem ist die Information nicht allen Reisenden

gleich gut zugänglich. Das Behindertengleich-

stellungsgesetz verlangt in dieser Hinsicht

Verbesserungen.

Ziel ist, die Grundlagen für ein drahtloses Sys-

tem zu schaffen, das Hör- und Sehbehinderten

die gleichen Informationsmöglichkeiten gibt, wie

normalen Reisenden.

Resultate

Die Auseinandersetzung mit dem Problem hat

ergeben, dass man in zwei Richtungen arbeiten

muss:

Die eine ist die Erarbeitung eines technischen

Konzepts, das möglichst handlich ist, also z.B.

über ein normales Handy genützt werden kann,

das die Informationen je nach Bedürfnis des

Nutzers optisch oder akustisch vermittelt. Das

System sollte so ausgelegt sein, dass man es an

zentralen Punkten gleich gut nutzen kann wie an

peripheren.

Dazu muss ein gewisser Standard erarbeitet

werden, der lokal nicht begrenzt ist. – Eine

Aufgabe ist es also, diesen Standard festzulegen

und in einem Testbett auszuprobieren.

Andererseits geht es darum, abzuklären, wer

konkret die Zielgruppe ist. Da ergibt sich, dass

das System nur auf Menschen zugeschnitten

sein kann, die sich trotz ihrer Behinderung

autonom bewegen können (Rollstuhlabhängige,

Seh- oder Hörbehinderte). Ist die Zielgruppe so

definiert, ergibt sich die Folgerung, dass das

System eigentlich allen Reisenden zugängig sein

könnte, dass sie also mit ihrem Handy Informa-

tionen über – beispielsweise – Zugsverspätun-

gen, Anschlussmöglichkeiten, Zugeinteilungen

(nach Sektoren – Blinde müssten dann ein

Signal erhalten, in welchem Sektor sie sich

gerade aufhalten) etc.

Sind die technischen Normen einmal festgelegt

(das geschieht im Zusammenhang mit der ETSI)

und ist das das Verkehrs-Informationssystem

einmal etabliert, kann es auch z.B. zur allgemei-

nen Tourismusinformation ausgebaut werden.



Dr. Urs Sauter 032 321 63 26

[email protected]




Schlüsselbegriffe

ICT-based Management, eGovernment, ERP,

EAI


Plattform für die strategische Führung

kleiner und mittlerer Gemeinden

Der 2006 entwickelte Prototyp eines Führungs-

cockpits für Gemeinden ist auf einiges Interesse

gestossen. In der Berichtsperiode sind die

Vorbereitungsarbeiten für ein grösseres KTI-

Projekt vorangetrieben worden. Bisher konnten

7 Pilotgemeinden, das Amt für Gemeinden und

Raumordnung des Kantons Bern, der Schwei-

zerische Gemeindeverband und interessante

Wirtschaftspartner für das Projekt gewonnen

werden. Voraussichtlich wird die KTI im Novem-

ber 2007 über den Antrag entscheiden.

Microsoft Dynamics NAV

In den Projekten der Jahre 2005 (eETNA) und

2006 (MobAfNa) wurden verschiedene Schnitt-

stellen zu Microsofts ERP Microsoft Dynamics

NAV realisiert. Gleichzeitig konnten Beziehungen

zu 2 führenden Microsoft Business Partnern

aufgebaut werden. An 2 internationalen Konfe-

renzen stellte sich heraus, dass unser For-

schungsschwerpunkt dank den fundierten

betriebswirtschaftlichen und technischen Kennt-

nissen unseres Teams und den guten Bezie-

hungen zu Wirtschaftspartnern auf diesem

Gebiet zu den führenden Hochschulen Europas

zählt. Zurzeit erarbeiten wir vertiefte Kenntnisse

auf dem Gebiet des Datenaustausches zwi-

schen verschiedenen Unternehmungen mit

verschiedenen ERPs, was für die Entwicklung

von Supply Chains von grosser Bedeutung ist.

Winterdienstmanagement in der Ge-

bietseinheit X

Das bestehende Winterdienstmanagementsys-

tem des Kantons Luzern wird nun wesentlich

erneuert und so ausgebaut, dass das National-

strassennetz der anderen Kantone der Gebiets-

einheit X (NW, OW, ZG) ebenfalls abgedeckt ist.

Eine interdisziplinär zusammengestellte Arbeits-

gruppe der Berner Fachhochschule, Technik

und Informatik berät die Gesamtprojektleitung

während der Umsetzungsphase.

Resultate

Plattform für die strategische Führung

kleiner und mittlerer Gemeinden

Im letzten Quartal 2006 realisierten 2 Studieren-

de im Rahmen ihrer Diplomarbeit einen Prototy-

pen eines Führungscockpits für Gemeinden. Im

Januar 2007 haben wir ihn Vertretern des

Kantons Bern, ca. 20 Gemeinden und einigen

interessierten Unternehmungen vorgestellt und

anschliessend beschlossen, einen KTI-Antrag für

die Entwicklung und Einführung einer Plattform

für die strategische Führung kleiner und mittlerer

Gemeinden in Angriff zu nehmen. In Meetings

konnten 7 Pilotgemeinden, das Amt für Ge-

meinden und Raumordnung des Kantons Bern,

der Schweizerische Gemeindeverband, Micro-

soft Schweiz (Public Sector), die Talus Informatik

AG und eine Arbeitsgruppe der HES-SO für eine

Mitarbeit gewonnen werden. Der KTI-Antrag ist

eingereicht worden und wird voraussichtlich im

November durch die KTI behandelt werden.

Microsoft Dynamics NAV

Ende 2006 konnte das Projekt MobAfNa erfolg-

reich abgeschlossen werden.

2007 wollten wir den Datenaustausch zwischen

Microsoft Dynamics NAV und anderen ERPs

unter Verwendung des BizTalk Servers von

Microsoft in den Griff bekommen. Vorerst hatten

wir grössere Probleme. Mit der Einführung der

neuen Version (NAV 5.0) sind einige dieser

Probleme verschwunden, so dass wir dieses

Projekt wieder mit erhöhter Priorität aufnehmen.

In der Microsoft Dynamics Academic Alliance

spielen wir eine recht aktive Rolle. An den

internationalen Konferenzen der Alliance bietet

sich die Gelegenheit, unsere Schule und unsere

Aktivitäten zu präsentieren. Es besteht eine gute

Chance, dass wir uns auf diesem Gebiet auch

international einen Namen machen können, da

es offensichtlich nicht viele Schulen gibt, die

über Teams mit fundierten betriebswirtschaftli-

chen und technischen Kenntnissen verfügen.

Winterdienstmanagement in der Ge-

bietseinheit X

Nach der erfolgreichen Ist-Analyse hat unsere

Gruppe einen Auftrag zur Begleitung der Ge-

samtprojektleitung erhalten. Leider sind viele

unserer Vorschläge für eine wesentliche Moder-

nisierung des bestehenden Systems abgelehnt

worden. Manuel Pfäffli half bei der Realisierung

einer neuen Schnittstelle zwischen Meteo

Schweiz und dem Kanton Luzern. Zurzeit stehen

mehr organisatorische als technische Probleme

an.



Dr. Ngoc-An Tran 032 321 63 13

[email protected]




Schlüsselbegriffe

ICT-systemgestützte Corporate Performance

Management Methodik, Business Intelligence,

Mass Cus-tomization, Data Mining


Im Projekt DAMBI (Data Mining – DM - and

Business Intelligence - BI) werden Fragestellun-

gen auf dem Gebiet der systemgestützen Da-

tenaufbereitung und Datenanalyse sowie der

daraus folgenden system-gestützen Entschei-

dungsvorbereitung und –untersützung für Ge-

schäftsführungsprozesse angegangen: Wie

können relevante firmeninterne und speziell

aufbereitetete firmenexterne Daten (Knowledge

Discovery in Databases) in einer integrierten BI-

Lösung für Management-Cockpits aufbereitet

werden, welche die Unternehmensführung in der

Tagesdisposition, bei operativen Umsetzungs-

entscheiden und in der strategischen Ausrich-

tung unterstützen? Im Rahmen dieser über

mehrere Phasen angelegten Projekt-abfolge

wird für die Periode Oktober 2006 bis Oktober

2007 das folgende Teilziel verfolgt: Entwicklung

geeigneter systemgestützter Methoden zur

Behandlung der Kundenbewertung und -

profilerstellung, der Kundenbindung und –

rückgewinnung im Hinblick auf die Kundenseg-

mentierung.

Resultate

Um das im Antrag formulierte Ziel zu erreichen,

wurde die bestehende grosse Menge an Me-

thoden und Algorithmen in einem ersten kon-

zeptionellen Ansatz in geeigente Gruppen

hinsichtlich der vielfältigen Fragestellungen im

Customer Relationship Management und bei

Mass Customization klassifiziert.

Da die vorhandenen Methoden zur Bildung der

Cluster auf einer statischen und/oder determi-

nistischen Betrachtung basieren, war eine

Erweiterung der Methoden auf dynamische

und/oder stochastische Elemente notwendig.

Dies wurde vorgenommen.

Die Resultate wurden unter anderem mit Hilfe

der Software "Clementine"/SPSS erarbeitet. Im

empirischen Teil der Projektaktivitäten konnte

zur Validierung der Methodik teilweise mit Daten

aus der Praxis (Aartesys Biel, Raumplanung des

Kantons Bern) gearbeitet werden.



Rolf Vogt 032 321 63 88

[email protected]



Technologies


Schlüsselbegriffe

Smart Antennen Array, elektronisch steuerbare

Antenne, digitale drahtlose Videoübertragung


Die TV-Übertragung von grossen „Live-Events“

wie Radrennen (Tour de Romandie, Tour de

Suisse, Deutschland Tour, usw.) erfordert ein

grosses Know-how in der Übertragungstechnik.

In diesem Projekt wird in Zusammenarbeit mit

unserem Industriepartner eine Relaisstation

entwickelt, welche in einem Kleinflugzeug unter-

gebracht werden kann: Die Live-Kamerabilder

des Sportanlasses werden per Funk an diese

Relaisstation im Flugzeug gesendet und von

dort drahtlos an das betreffende Fernsehstudio

weitergeleitet. Herkömmliche Systeme dieser Art

arbeiten auf analoger Basis, vergleichbar mit

dem analogen Fernsehen, welches störanfällig

ist. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung

eines digitalen Systems, welches neben der

besseren Bildqualität auch einen störungsfreie-

ren Betrieb erlauben soll. Das Besondere an

diesem System ist vor allem auch die Emp-

fangsantenne im Flugzeug: Es handelt sich

dabei um eine sogenannte „Patch-Antenne“.

Diese hat die Form einer rechteckigen Platte.

Ohne, dass eine mechanische Justierung der

Antenne nötig wäre, richtet die Antenne elektro-

nisch (bewegungslos) ihre maximale Empfind-

lichkeit selbsttätig in Richtung des einfallenden

Funksignals der Reportagekamera. Dadurch

wird einerseits eine massive Verbesserung von

Signalqualität erreicht, anderseits können Stör-

signale, welche aus einer anderen Richtung

einfallen, wirkungsvoll unterdrückt werden.

Resultate

Zuerst wurde die Schnittstelle definiert zwischen

den Arbeiten bei Herrn Dellsperger und bei mir.

Meine Gruppe befasst sich mit der Entwicklung

des Smart Antennen Arrays, die Gruppe von

Herrn Dellsperger mit der Verarbeitung des vom

Array gelieferten Signals. Dabei wurden folgende

Ergebnisse erzielt:

1. Es wurde in Zusammenarbeit mit der Ar-

beitsgruppe von Herrn Fritz Dellsperger ein

Konzept auf Stufe Blockschaltbild für das zu

realisierende Gesamtsystem erarbeitet.

2. Es wurde untersucht, welcher Antennentyp

(z.B. Helix, Patch, Dipol) sich als Elementar-

strahler eignet. Im Verlaufe dieser Untersu-

chungen stellte sich heraus, dass eine Pat-

chantenne die erfolgversprechendste Varian-

te ist.

3. Verschiedenste Patchantennen-Varianten

wurden mit aufwendigen, elektromagneti-

schen dreidimensionalen Simulationen auf

ihre Tauglichkeit für die avisierte Applikation

untersucht. Konkret wurde eine Bauform ge-

sucht, deren Strahlungscharakteristik, An-

tennengewinn und Breitbandigkeit möglichst

gut an die Spezifikationen angepasst sind. Es

zeigte sich bald, dass die benötigte Anzahl

Antennenelemente deutlich höher liegen

muss, als im ursprünglichen Spezifikations-

entwurf vorgesehen. Dies liegt daran, dass

gleichzeitig ein grosser elektronisch steuer-

barer Schwenkwinkel und ein grosser Anten-

nengewinn gefordert wird. Infolge des gros-

sen Schwenkwinkels kommen nur Anten-

nen(einzel)elemente mit grossem Öffnungs-

winkel in Frage, was wiederum zwangsläufig

mit einem kleinen Antennengewinn verbun-

den ist.

Unter den diversen Patchantennenvarianten

wurden sodann 2 Typen ausgewählt, welche

die besten elektrischen und mechanischen

Eigenschaften für die zur realisierende Appli-

kation aufweisen. Bei diesen Varianten han-

delt es sich um den sogenannten L-Feed

Patch, sowie den Podestpatch. Die ständige

starke Beanspruchung der Konstruktion

durch Vibrationen während des Fluges sowie

der enorme Betriebstemperaturbereich von -

35…+65C stellen besondere Herausforde-

rungen dar.

4. Von den 2 Varianten wurden Protoypen

angefertigt, und bereits erste Messungen

durchgeführt, und zwar sowohl von einzelnen

Antennenelementen, als auch von ersten Ar-

ray-Prototypen.



Produktionstechnik

Die Produktionstechnik, also die Herstellung

neuer Güter, neuer Verfahren und neuer Ferti-

gungstechniken zum Nutzen von Gesellschaft

und Industrie, ist ein faszinierendes Gebiet mit

wirtschaftlichem Potenzial. Unsere Forschung

basiert auf einem dynamischen und kompeten-

ten Team, modernen Infrastrukturen und der

Nähe zur industriellen Praxis.

Den Studierenden stehen vier Vertiefungsrich-

tungen zur Auswahl: Anwendung der Laser-

technik (Oberflächen schneiden und strukturie-

ren, Qualität in der Messtechnik sichern). Verän-

derung von Werkstoffen (mittels Wärme oder

Dünnschichttechnologien) und Analyse von

Oberflächen (chemisch und strukturell). Systeme

und Verfahren der Maschinen- und Fertigungs-

technik (mechatronische Systeme) und deren

Automatisierung mittels Steuerungen und Bus-

systemen. Management von Produkt- und

Finanzrisiken. Dabei geht es sowohl um die

technische Machbarkeit von Produkten und

Verfahren wie auch um die Beherrschung der

technischen, ökologisch-sozialen (Mensch und

Umwelt) und ökonomischen Risiken in Herstel-

lung und Anwendung.


Technique de production

La technique de production (fabrication de

nouveaux procédés, marchandises et tech-

niques de fabrication au profit de la société et

de l’industrie) constitue un domaine fascinant

qui présente un grand potentiel économique.

Une équipe compétente et dynamique, une

infrastructure moderne et une proximité avec le

monde de l’industrie caractérisent notre unité de

recherche.

Les étudiants ont la possibilité d’approfondir l’un

des quatre domaines suivants: application de la

technique laser (découpage et structure de

surfaces, qualité de la métrologie); modification

de matériaux (au moyen de la chaleur ou de la

technologie de couches minces) et analyse de

surfaces (chimique et structurelle); procédés des

machines et des techniques de fabrication

(systèmes mécatroniques) ainsi que leur auto-

matisation au moyen de commandes et de

systèmes de bus; gestion des risques financiers

liés au produit. L’enjeu porte autant sur la

faisabilité technique des produits et des procé-

dés que sur la maîtrise des risques techniques,

économiques, écologiques, sociaux (pour

l’homme et l’environnement) au niveau de la

production et de l’application.





Dr. Marcel Baak 032 321 64 17

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) PT

Forschungsfeld(er) Werkstoffe und Oberflächen-

technologien


Schlüsselbegriffe

Oberflächenanalytik, GDOS-Analyse, gewölbte

Oberflächen, Tiefenprofilanalyse


Für die Arbeitsgruppe von Jean-Martin Rufer

und externen Kunden ist es sehr hilfreich, wenn

Bulk- und Tiefenprofilanalysen auf gewölbten

(„runden“) Oberflächen verlässlich messbar sind.

Das Ziel des Projektes war es daher, aufzuzei-

gen, dass bei ausgewählten Werkstoffen die

Resultate in der Praxis vergleichbar sind. Wir

haben zuerst die dafür notwendigen Methoden

(Software) für die Analysen adaptieren müssen.

Anschliessend haben wir anhand von verschie-

denen Stahl-Proben (hochlegierte Stähle, nied-

riglegierte Stähle, nitrierte Stähle, galvanisch

beschichtete Proben) einen Vergleich der Bulk-

Analysen von flacher zu gewölbter Oberfläche

gemacht. Dabei wurden einerseits Randschich-

ten (thermisch diffundierte Nichtmetallatome) als

auch chemische und elektrochemische Be-

schichtungen analysiert, um ein abgerundetes

Bild des Verfahrens zu erhalten. Zusätzlich

wurden die Daten aus dem QDP (Tiefenprofil-

analyse, Messung mittels USU-Adapter) mit den

Bulk-Analysen verglichen.

Resultate

Die Methoden-Anpassungen konnten erfolgreich

integriert werden, was eine Voraussetzung für

die nachfolgenden Messungen war. Mit den

erweiterten Methoden konnten die Analysen von

den flachen auf die gewölbten Oberflächen

mittels des USU-Adapters übertragen werden.

Die anschliessenden Messresultate an den

ausgewählten Proben sind unten aufgeführt.

Die Resultate zeigen:

dass die Resultate auf der flachen Seite bei

den untersuchten Proben vergleichbar sind

mit denen auf der gewölbten Fläche, sofern

der Durchmesser nicht unter 6mm liegt. Bei

kleineren Durchmessern können höchstens

qualitative Vergleiche angestellt werden, die

je nach Fall immer noch von Bedeutung sein

können.

dass beispielhaft am eingeschlossenen

Element Phosphor in einer chemisch abge-

schiede-nen Nickelschicht bei diversen ge-

krümmten Oberflächen bis zu kleinsten Ra-

dien (Durch-messer 6mm) vergleichbare Re-

sultate erzielt werden konnten.

dass bei einer Probe mit gewölbter Oberflä-

che eine Bulk-Analyse ohne weiteres aus

dem Tiefenprofil (QDP-USU) ablesbar ist

dass sowohl diffusionserzeugte Randschich-

ten als auch Beschichtungen von geringsten

Abmessungen (ca. 0.5 – 100m) quantitativ

analysierbar sind.

dass die Oberflächenbeschaffenheit, speziell

dieRauhigkeit eine wichtige Rolle bei gewis-

sen Elementen spielt.



Dr. Daniel Bättig 034 426 43 26

[email protected]


Forschungsfeld(er) Risikomanagement


Schlüsselbegriffe

Risikomanagement, Modellierung von

Wetterphänomenen, technische Risiken,

Biodiversitätsmonitoring


Road Forecast Tool RFT

Zusammen mit der Meteo Schweiz wurde auf

der Basis eines Energiebilanzmodells ein Prog-

nosetool für die Vorhersage der Strassenober-

flächentemperaturen entwickelt, um den Winter-

dienst von Strassen zu planen. Das Tool soll ab

2008 produktiv eingesetzt werden.

IMWD

Für die Vorhersage der Strassenverhältnisse auf

dem Strassennetz des Kantons Luzern wurde

erfolgreich ein Expertensystem entwickelt. Damit

kann der Winterdienst situationsbezogen, effi-

zient und kostengünstig geleistet werden. Dies

erhöht die Sicherheit auf den Strassen wie auch

die Zufriedenheit der Verkehrsteilnehmer.

Local-METEO-Toolbox

Zuverlässige Windtrendprognosen erhöhen die

Sicherheit beim Betrieb der Jungfraubahnen,

Regionale Hochwasserprognosen unterstützen

die erfolgreiche Abflussregulierung exponierter

Fliessgewässersysteme.

Resultate


Das Projekt hat eine leichte zeitliche Verzöge-

rung erfahren, weil die Meteo Schweiz mit der

Aufbereitung und Bereitstellung der meteorolo-

gischen Daten in Verzug kam. Das Ergebnis ist

einerseits ein Modell zur Prognostizierung der

Strassenoberflächentemperaturen (Energiebi-

lanzmodell) sowie eine Javaapplikation, die

dieses Modell in einem Grafikeditor mit geeigne-

ten Datenschnittstellen für den In- und Output

einbindet. Die Validierung des Programms ist am

Laufen. AkDie Schnittstellen zu den verschiede-

nen Datenbankservern müssen noch konfiguriert

werden. Das Tool soll ab 2008 produktiv einge-

setzt werden. Die Java-Applikation befindet sich

auf: https://www2.ti.bfh.ch/rft/webstart/

IMWD

Das Expertensystem wurde erfolgreich imple-

mentiert. Infolge eines Führungswechsels in der

Leitung des Werkhofes sowie einer dadurch

vorgenommenen Neubeurteilung der Prioritäten,

wird das Expertensystem jedoch zukünftig nicht

operativ eingesetzt.

Local-Meteo-Toolbox

Der Teilaspekt der Windtrendprognose wurde

erfolgreich implementiert. Via Web-Applikation

können die Prognosen und Windmessungen

Online verfolgt werden

http://194.209.119.167/WTP.HTM . Für den

Teilaspekt der Hochwasserprognosen der Zulg

wurden erste Modelle studiert und anhand der

Messdaten überprüft.


https://www2.ti.bfh.ch/rft/webstart/

http://194.209.119.167/WTP.HTM


Fritz Bircher 062 426 43 85

[email protected]


Forschungsfeld(er) Mechatronik


Schlüsselbegriffe

Drucktechnologie, Blindenschrift, Antriebe,

Handling


Die Forschungsaktivitäten im Bereich „Druck-

technologien“ unterstützen alle Prozesse, die im

weitesten Sinn mit Drucktechnik zu tun haben.

Dazu gehören die klassischen Massendruck-

techniken, Laser- und Tintenstrahldruck sowie

alle diesen Drucktechnologien verwandten

Prozesse wie Spritzen, Dosieren, Markieren,

Gravieren und Beschichten. Die Industrialisie-

rung des an der Hochschule entwickelten und

zum Patent angemeldeten Verfahrens zum

Druck von Blindenschrift (KTI-Projekt + BFH-

Projekt) ist auf Ende der Berichtsperiode fast

abgeschlossen.

Die Forschungsaktivitäten im Bereich „Mechtro-

nische Systeme“ liegen hauptsächlich bei der

Entwicklung von Messverfahren und modernen

Lösungen für Antriebs- und Handlingaufgaben.

Die Entwicklungsarbeiten des "Automatischen

Flachbildschirmhalters" konnte ebenfalls erfolg-

reich abgeschlossen werden, er wird Anfang

2008 auf den Markt gebracht.

Es wurden wiederum mehrere Projektstudien

und viele Semester- und Diplomarbeiten durch-

geführt.

Im Rahmen des vorliegenden Projektes konnten

die bestehenden Kompetenzen ausgebaut und

durch weitere Projekt-Akquisitionen ergänzt

werden.

Resultate

Bereich Drucktechnologien (Umsatz im

Berichtsjahr 600 kFr.):

Industriebraille (Fritz Gyger AG Thun/Gwatt,

Industrialisierung des Braille-Verfahrens)

Etikettendruck (Stralfors AG Aesch, Bau einer

Versuchsanlage)

Das Verfahren zum Druck von Blindenschrift

wurde im Berichtsjahr international zum Patent

angemeldet (WO2007/065287).

Das Forschungsteam hat zusammen mit Studie-

renden am Technologiewettbewerb „darwin21“

mit der Firma Bechhoff Automation AG als

Partner teilgenommen (Vorbereitungsdauer 10

Monate).

Bereich Mechatronische Systeme (Um-

satz im Berichtsjahr 200 kFr.):

Automatische Flachbildschirmhalterung (m-

engineering Münsigen, Bau eines Prototyps und

Begleitung der Industrialisierung)

Chemilumineszenz (BFH-Projekt, Bau des

Grundgerätes, der Ofenzelle und der Einheit zur

Gaskonditionierung)

Das Patent des letzjährigen Projektes „Lock-

Bottle“ mit dem Beachvolleyballer Paul Laciga

wurde im Berichtsjahr international angemeldet

(WO 2007/076616).

Mit der Firma PD-M, Oberscherli zusammen

wurde eine Projektofferte „Wickelmaschine“ für

einen asiatischen Konzern im Umfang von 700

kFr. (100 kFr. Vorprojekt und 600 kFr. Haupt-

projekt) ausgearbeitet. Leider wurde der Auftrag

an eine US-amerikanische Firma erteilt.

Es wurden 3 BFH-Projekte ausgearbeitet und

eingegeben. Das Projekt „Mikroventilsimulation“

entspricht der strategischen Ausrichtung des

Forschungsteams, die Kompetenz in der Simu-

lation mechatronischer Systeme auszubauen.

Weiter wurde ein BFH-Projekt „LED-

Flächenstrahler“ in Zusammenarbeit mit der

AHB eingegeben. Ein weiteres BFH-Projekt „CL

Differential Heat Flow“ wurde im Verbund mit

der HKB und der AHB ausgearbeitet und einge-

geben. Die Bewilligungsentscheide stehen noch

aus.

Im Forschungsgebiet wurden 6 Diplomarbeiten

und 10 Semesterarbeiten durchgeführt.

Mit einem Team von Studierenden wurde am

Europäischen Roboterwettbewerb „Eurobot“

teilgenommen. Das Studententeam wurde

während der ganzen Vorbereitungsdauer (7

Monate) durch das Forschungsteam betreut.

Als neue Werbeplattform wurde weiter die

Entwicklung eines Skiroboters mit der Simulati-

on und dem konstruktiven Aufbau vorangetrie-

ben. Die Werbeaktivitäten sind für die Wintersai-

son 2007/2008 geplant.



Max Felser 034 426 68 32

[email protected]



Forschungsauftrag 390

Schlüsselbegriffe

Feldbus, Industrial Ethernet, PROFIBUS, PRO-

FINET


Das PROFIBUS und PROFINET Kompetenz-

zentrum an der BFH-TI in Burgdorf hat eine

internationale Ausstrahlung.

Die Dienstleistungen des Kompetenzzentrums

mit Beratungen, individuellen und massge-

schneiderten Kursen und Ausbildung zu PROFI-

BUS und PROFINET finden einen regen Zu-

spruch aus der Industrie. Die grosse Nachfrage

besteht nach dem „gewusst wie“. Die PROFI-

BUS Systeme funktionieren in der industriellen

Anwendung, aber nicht allen Anwendern ist

bekannt warum und wie.

Die neue Technologie PROFINET auf der Basis

von Industriellem Ethernet stellt eine neue Her-

ausforderung. Diese neuen Normen und Pro-

dukte müssen allgemein verständlich dargestellt

und präsentiert werden. Mit verschiedenen

Publikationen und Kursen werden die Erkennt-

nisse in die industrielle Anwendung transferiert.

Resultate

PROFINET IO Topologie-Erkennung und

Netzwerkdiagnose

Die herstellerübergreifende Demonstrationsanla-

ge mit PROFINET IO Produkten ist weiter aus-

gebaut und die Möglichkeiten der Topologieer-

kennung und Netzwerkdiagnose sind in der

Berichtsperiode weiter untersucht und doku-

mentiert worden.

Die neuen Erkenntnisse erlaubten die Publikati-

onen von Papers an der IEEE International

Conference on Emerging Technologies and

Factory Automation ETFA 2006 in Prag und der

ETFA 2007 in Padras. Eine Zusammenstellung

der Erfahrungen wurde im Handbuch für Auto-

matisierungstechnik des STZ dargestellt und in

den Unterricht im Bachelor Studium und in den

Workshop für die Industrie integriert.

Die Firma Hirschmann zeigt Interesse an einer

Weiterführung dieser Untersuchungen.

Hardware für PROFINET mit dem Iso-

chronem Real-Time (IRT) Protokoll

Die Anforderungen an eine Hardware für die

Realisierung eines PROFINET Gerätes mit dem

Isochronen Real-Time Protokoll (IRT) wurden

zusammengestellt und die am Markt vorhande-

nen Lösungen und Angebote zusammengetra-

gen. Mit der Realisierung von Funktionsmuster

soll die Machbarkeit aufgezeigt werden. Diese

Arbeiten werden zusammen mit der Firma

MESCO Engineering durchgeführt und durch ein

BFH Forschungsprojekt unterstützt. Erste

konkrete Resultate können 2008 erwartet

werden.

PROFIBUS Netzwerkunterhalt

Jedes Jahr werden weltweit über 3,5 Millionen

PROFIBUS Knoten verkauft. Die Nachfrage nach

Diagnosewerkzeugen, Beratung und firmenspe-

zifischen Ausbildungskursen bleibt auch im

Berichtsjahr konstant hoch. Durch Teilnahme

und Mitorganisation an PROFIBUS Konferenzen

hält sich das Kompetenzzentrum auf dem

aktuellen Stand der Entwicklung und bietet

erfolgreich seine Dienstleistungen und Produkte

an.



Dr. Hans Köppel 034 426 68 29

[email protected]



technologien


Schlüsselbegriffe

Wasserstrahlschneiden ; Laserschneiden,

Laserstrahljustierung


Detektionssystem für defekte Wasser-

strahldüsen

Prof. Heiniger, Experte für die Wasserstrahl-

schneid-Technologie, schlägt vor, unser erarbei-

tetes akustisches Prinzip als Detektionssystem

für defekte Wasserstrahldüsen (siehe Projektar-

beit von 05-06) zu miniaturisieren und damit

weitere Messserien in einer praxisnahen Anlage

an der FH Brugg-Windisch durchzuführen. Im

Falle von positiven Resultaten kann danach mit

einem bereits interessierten Industriepartner ein

KTI-Projekt gestartet werden.

Entwicklung eines Sensors zur Justie-

rung von Laserstrahlen

Justierung und Optimierung des Laserstrahls

eines Schneidlasers sind essentiell, um optimale

Ergebnisse bei minimaler Strahlleistung zu

erhalten. Die heute bekannten und eingesetzten

Positionierungssysteme sind entweder zu un-

präzise oder sehr kostspielig.

Hauptziel des Projektes ist die Entwicklung eines

Sensors zur Online-Vermessung von Laserstrah-

len. Hauptanforderungen sind eine genügende

Empfindlichkeit, grosser Dynamikumfang, sowie

minimale Kosten in der Anschaffung und im

Unterhalt. Im Berichtsjahr wurden die Voraus-

setzungen für die experimentelle Durchführung

dieser Forschungsarbeiten geschaffen. Diese

beinhalten die Simulation mit einer speziellen

Simulations-Software sowie die Anpassung der

dazu notwendigen Prozesse im Reinraum.

Diese Arbeiten konnten durchgeführt werden

und es resultierten Vorschläge für das Vorgehen

bei den Forschungsarbeiten, aber auch ein

nahezu vollständig neu überarbeiteter Reinraum.

Damit können nun die Experimente in Angriff

genommen werden.

Resultate

Detektionssystem für defekte Wasser-

strahldüsen

Recherchen von uns haben gezeigt, daß ein

Mikrophon in Chip-Form mit den Dimensionen

von ca. 3x3 mm in kleinen Stückzahlen nicht

erhältlich ist. Deshalb befassen wir uns nun mit

der Eigenentwicklung eines Mikrophon-

Mikrosystems. Aus Kapazitätsgründen ist dieses

sehr aufwändige Vorhaben aktuell unterbrochen.

Entwicklung eines Sensors zur Justie-

rung von Laserstrahlen

Anpassung der Prozesse im Reinraum

Erste einfache Experimente für den Sensor

zeigten auf, dass das eingesetzte Equipment im

Reinraum, aber auch die durchgeführten Pro-

zesse (wie Fotolithographie, Ätzen) zuwenig

reproduzierbar arbeiten. Aus diesem Grund

haben wir uns entschlossen, das Equipment

und die Prozesse zu optimieren und damit die

Grundlagen für das Projekt zu schaffen.

Die Hochvakuum-Einrichtungen Aufdampfanla-

ge, Sputteranlage und Plasma-Ätzanlage wur-

den zum Teil komplett revidiert. Zudem haben

wir einen Quarz-Oxidationsofen eingerichtet.

Den Gelbraum, in dem die Nasschemie inkl.

Fotolihographie durchgeführt wird, haben wir

komplett neu eingerichtet. Alle diese Arbeiten

erfolgten vorwiegend in Eigenleistung.

Die Gasversorgung haben wir mit verschiedenen

weiteren Gasen erweitert. Damit läßt sich präzi-

se und reproduzierbar arbeiten.

Simulation und theoretische Bearbeitung des

Projekts

Nach der Evaluation und Beschaffung von

Mikrosystemtechnik-Simulations-software

zeigten erste Berechnungen, daß sich die

einzelnen Temperatur-Messpunkte in einer

Matrixschaltung gegenseitig beeinflussen. Wir

müssen also Dünnfilm-Dioden oder –

Transistoren als Schaltelemente zu jedem

Messpunkt einbauen, deren Entwicklung sehr

aufwändig ist:

1. Ausser der Fotolithografie ist die Entwicklung

oder Optimierung aller Prozesse nötig.

2. Dioden bzw. Transistoren müssen spezifiziert

und anschliessend Simulationen und Ver-

suchsreihen mit unterschiedlichen Schicht-

parametern durchgeführt werden.

3. Es sind noch einige Anschaffungen nötig:

Sputtertargets, evt. Dotierstoffe/gase und ein

Vierpunkt-Messgerät.

Der Zeitaufwand alleine für die Entwicklung der

Dünnfilm-Dioden/Transistoren könnte gut ein

halbes Jahr und mehr in Anspruch nehmen.



Dr. Reinhold Krause 034 426 42 83

[email protected]




Schlüsselbegriffe

3D-Navigation, kinematische Vermessung,

Messverfahren


Es soll ein Messverfahren entwickelt werden,

welches eine 3D-Erfassung von beliebigen

grossflächigen Objekten in hoher Genauigkeit

ermöglicht. In der Grundkonfiguration soll das

System die exakte absolute Position (x, y, z)

sowie die Orientierung während der Bewegung

ermitteln. Die Positionserfassung soll entweder

mit GPS oder mit trackenden Tachymeter

erfolgen. Für die kinematische Bestimmung der

Orientierungswinkel soll je nach Anforderung

entweder ein INS (Intertial Navigation System)

oder mehre GPS-Atennen bzw. Prismen sollen

direkt am Systemgehäuse oder an einem belie-

bigen Ort des Trägerfahrzeuges möglich sein.

Resultate

Das neue entwickelte On-Board-3D-

Navigationssystem basiert auf einer Kamera mit

panoramaähnlicher Optik, die ohne mechanisch

bewegliche Teile auskommt. Es wurde ein

Prototyp entwickelt, der aus einer 360 Grad

Digitalkamera und einer gegenüberliegenden

spiegelnden Kugel besteht. Die absolute Positi-

on wird über ein Programm anhand der Auf-

nahmebilder der Kamera und die im Gelände

positionierten Miniaturmarker berechnet. In

Kombination mit einem Laserscanner lassen

sich 3D-Modelle von Gebäuden und Gebäu-

deinnenräumen entwickeln. Mit der Kamera ist

es möglich, 14 Beobachtungen pro Sekunde zu

erstellen. Die mit Matlab entwickelte Software ist

in der Lage, eine Sequenz von Bildern auszu-

werten und daraus automatisch die Markerko-

ordinaten zu extrahieren.

Mit komplexen Algorithmen kann die Position

und die Orientierung des sich bewegenden

Navigationssystems berechnet werden. Die

Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit des neuen

Navigationssystems lässt sich durch die Ver-

wendung anderer Kalibiertools und/oder Algo-

rithmen noch verbessern.



Alexander Leu 034 426 42 28

[email protected]




Schlüsselbegriffe

Operationelle Risiken, Extremwertanalyse,

Prozesse, Risikokennzahlen, Abhängigkeiten


Der vorliegende Bericht umfasst einen Leitfaden

für die Erfassung operationeller Risiken in Unter-

nehmen. Dabei wird immer wieder auch auf den

Spezialfall der KMU verwiesen, dem eigentlichen

Publikum der Fachhochschulen. Für die Akqui-

rierung von F+E Projekten ist es von zentraler

Bedeutung, dass der potentielle Auftraggeber

ein Dokument zur Verfügung hat in welchem die

gesamte Problematik über-sichtlich dargestellt

wird. Im Bericht wird einerseits dargelegt, wie

sich der Begriff „operationelle Risiken„ über die

letzten Jahre weiterentwickelt hat.

Die zur Zeit erfolgende Revision des Aktien-

rechts wird auch die Unternehmer in der

Schweiz zwingen ein Risikomanagementsystem

in ihrer Unternehmung zu implementieren. Die

Methodik zur Erfassung der operationellen

Risiken hat sich ebenfalls weiterentwickelt. Auf

der einen Seite werden grobe Schätzungen

zugelassen (die eher qualitativ orientiert sind),

auf der anderen Seite sind aber auch sehr

detaillierte quantitative Methoden entwickelt

worden.

Die Integration von Risikokennzahlen in ein

allgemeines Managementmodell wird ebenfalls

im Ansatz dargestellt. Ein spezielles Augenmerk

wird auf die Handhabung von kleinen Daten-

mangen gelegt.

Resultate

Der Bericht umfasst eine Aufarbeitung der

aktuellen Literatur im Bereich der operationellen

Risiken und deren Applikation auf die spezielle

Situation von KMU. Die Berechnung von Risiko-

kennzahlen verlangt Informationen (Daten) über

die sich im Unternehmen befindlichen Risiken.

Bei KMU sind diese Informationen ehe spärlich

vorhanden. Dies verlangt eine andere Modellie-

rung der Risiken. Der Bericht äussert sich auch

dazu wie spärliche Daten erhoben werden

können und wie die Interpretation zu verstehen

ist. Die Handhabung von extremen Werten ist

durch die Extremwerttheorie abgedeckt. Den-

noch ist im Bereich operationeller Risiken ein

zusätzlicher Bedarf an Vorsicht gegeben.

Die Schwächen der Extremwerttheorie treten bei

einem kleinen Datensample noch akzentuierter

zu Tage. Die Wahl der richtigen Verteilung wird

zusätzlich erschwert, die Schätzung der Para-

meter ist noch schwieriger. Gleichzeitig wird das

Thema der Abhängigkeiten zwischen Risiken

nicht einfacher. In den meisten zur Zeit in der

Praxis verwendeten Modellen wird von einer

Unabhängigkeit zwischen Risiken ausgegangen.

Diese Lösung kann nur als pragmatisch be-

zeichnet werden. Externe Schocks wirken sich

immer auf verschiedene Risiken aus und können

sich so zu einem Klumpenrisiko entwickeln.



Dr. Franz Meyer 032 321 63 05

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) PT / MIG

Forschungsfeld(er) Mechatronik / Ubiquitous

and Pervasive Computing


Schlüsselbegriffe

Real-Time Linux, Embedded Systems, Sensor-

netzwerke


Embedded Real Time Linux im Projekt

von Roger Weber

Siehe Bericht Roger Weber

F+E Projekt für die Firma Pawo Unterä-

geri: Embedded Linux System Update mit

USB Stick

Die Firma Pawo liefert Kabelautomaten weltweit,

die mit einem Embedded Linux System gesteu-

ert werden, das nicht in ein Netzwerk eingebun-

den ist, und das nur einfache Interaktionen

durch Tasten und LEDs zulässt. Ziel des Projekt

ist es, neue Software Releases einfach durch

unqualifizierte Mitarbeiter nachzuladen. Dazu

wird die Software per Web oder Mail an die

Kunden versendet, auf einen USB Stick gespei-

chert, und gemäss einem einfachen Protokoll

auf der Zielmaschine installiert.

MIG Kompetenzaufbau Projekt in Wire-

less Sensor Networks: DOPE - Detect Old

People Every-where

In diesem Projekt geht es um die Erkennung

eines Sturzes mit Hilfe eines Sensornetzwerkes.

Der Sensor, den die überwachte Person auf

Schulterhöhe trägt, soll mit Hilfe von Beschleu-

nigungsmessungen einen Sturz erkennen, und

einen Alarmton auslösen. Wird dieser Alarmton

nicht innerhalb einer bestimmen Zeit gestoppt

(alarm cancel time), so wird der Alarm im Netz

verbreitet und an eine Pflegeperson gesendet,

die sich um die Person kümmern kann.

Resultate

CARME-Kit und Embedded Real-Time

Linux

Siehe auch Bericht von Roger Weber

Mein Beitrag bestand in der Entwicklung von

diversen Linux Real Time Kernel Treibern für die

Ansteuerung der Peripherie des IO1 Boards im

CARME-Kit. Diese Treiber erlauben die Interrupt

Latenzzeit einerseits mit Hilfe eines KOs zu

messen, und andererseits softwaremässig zu

bestimmen. Zusätzlich entstand eine RT Test-

applikation unter XENOMAI für den Unterricht.

Siehe auch Bericht von Roger Weber

BikeSafe

Beteiligung an der Ausarbeitung einer Offerte,

Abklärung von Embedded Linux Fragen.

Embedded Linux Software Update mit

USB Stick

Nach der Abklärung der Machbarkeit und der

Ausarbeitung von zwei Varianten hat der Kunde

sich für die Erweiterung des Linux Boot Loaders

entschieden. Ein einfaches Protokoll für den

Update von Software wurde in den Bootloader

eingebaut. Durch Checken von LED Zuständen

und Drücken von Schaltern kann eine Hilfsper-

son Softwareupdates vornehmen. Dadurch kann

bei den Kunden eine beträchtliche Einsparung

von Reisezeit für Spezialisten erzielt werden, vor

allem in Ländern mit grossen Distanzen.

DOPE

Es entstand eine Prototyp für die Sturzerken-

nung. Diese basiert auf der Analyse von Be-

schleunigungsmustern im Sensor selbst. Mus-

ter, die beim Absitzen oder Abliegen der Test-

person entstehen, können von Fallmustern

unterschieden werden. Dazu musste zuerst

Kompetenzen über das Standard Betriebessys-

tem für intelligente Sensoren (TinyOS) erworben

werden, sowie die Programmiersprache (nesC)

erlernt werden. Der Sensor erkennt Stürze mit

einer Zuverlässigkeit von ca. 85 %. Im Moment

wird nur die Weiterleitung des Alarms durch e-

mail unterstützt.



Dr. Beat Neuenschwander 034 426 42 20

[email protected]


Forschungsfeld(er) Laser und Photonik


Schlüsselbegriffe

Laser / short and ultrashort pulses / Laser

micro-machining and laser-surface-engineering /

Ablation of transparent materials, ceramics and

metals / 3d-laser-structuring


Laserpulse, die während ihrer Pulsdauer weniger

als ca. 30 mm zurücklegen werden gemeinhin

als ultrakurze Laserpulse bezeichnet. Zum

Vergleich: Das Licht braucht für die Strecke Erde

– Mond (384'400 km) lediglich 1.28 s, das lässt

erahnen, wie kurz die entsprechenden Pulsdau-

ern wirklich sind. Mit ultrakurzen Laserpulsen

wird es deshalb möglich, innerhalb kürzester

Zeit relativ viel Energie sehr lokal in einem Mate-

rial zu deponieren. Dadurch lassen sich in

verschiedenen Materialien feinste Strukturen mit

minimalen Einflüssen auf die Randschichten

erzeugen. Das haben wir an einer breiten Mate-

rialpalette, von Metallen über Kristalle/Gläser bis

zu flexiblen Solarzellen und Banknoten, anhand

von verschiedenen Aufgabenstellungen, vom

reinen Schichtabtrag bis hin zur Erzeugung von

komplexen 3-d Strukturen, eindrücklich gezeigt.

Zusätzlich haben wir unsere Aktivitäten auf

laserinduzierte Verfahren zur Schichtgenerierung

ausgeweitet. Hier ist es uns gelungen Schichten

aus Nanopartikeln mit unterschiedlichsten

physikalischen Eigenschaften (elektrisch leitend,

halb- und nichtleitend) zu erzeugen. Die Arbeiten

an all diesen Technologien werden wir auch in

der nächsten Periode weiterführen.

Resultate

Strukturieren von flexiblen Solarzellen

Mit der Firma FLISOM AG aus Zürich konnte in

einer Diplomarbeit ein Verfahren gefunden

werden, mit welchem sich die einzelnen Schich-

ten einer flexiblen Solarzelle (zur elektrischen

Kontaktierung) mit ultrakurzen Laserpulsen

abtragen lassen. Die Arbeit geht im Rahmen

eines KTI-Projekts weiter.

Strukturieren von transparenten Materia-

lien

Mit ultrakurzen Laserpulsen lassen sich transpa-

rente Materialien hervorragend strukturieren

(bisher waren hierfür UV-laser, mit all ihren

Nachteilen, notwendig). Dabei konnten wir

zeigen, dass sich in Glas und Saphir praktisch

beliebige 3-d Strukturen mit ca. 3 µm lateraler

und <1µm Auflösung in der Tiefe realisieren

lassen. Zusätzlich konnten wir in Zusammenar-

beit mit der Universität Bern in einer Diplomar-

beit zeigen, wie sich durch Laserbohren photo-

nische Kristalle für THz-Wellen in LiNbO3 reali-

sieren lassen.

Induzierten Prozesse

Mittels laserinduzierten Prozessen konnten wir

transparente Materialien beschichten. Die

Schichten zeigen je nach Laserparameter und

Umgebungsbedingen sehr interessante und

unterschiedliche phy-sikalische Eigenschaften,

einige Schichten sind z.B. absolut säurebestän-

dig.

Markieren gekrümmter Flächen

Für die Firma ETA haben wir in einer Studienar-

beit beliebig geformte Metalloberflächen mit

Anlassfarben markiert. Die entsprechenden

Arbeiten gehen weiter.

Strukturieren von Metallen

Ebenso wie transparente Materialien lassen sich

auch Metalle 3-d strukturieren. Hierzu haben wir

z.B. Laserparameter gefunden mit der sich eine

Kupferoberfläche bei minimaler Oxidation bear-

beiten lässt. Für die EMPA haben wir Mikrosäu-

len generiert, mit denen die Grössenabhängig-

keit mikromechanischer Eigenschaften ausge-

messen werden können.

Applikationslabor für TBWP AG

Als Applikationslabor der Time-Bandwidth-

Products AG durften wir diverse Gäste aus dem

In- und Ausland mit interessanten Aufgabenstel-

lungen in unserem Labor begrüssen. Die durch-

geführten Versuche liefen allesamt zufriedenstel-

lend, unterliegen aber der Geheimhaltung.



Jean-Martin Rufer 032 321 62 07

[email protected]

Point fort(s) de recherche PT

Champ(s) de recherche Matériaux et technolo-

gie de surface


Mot clés

Matériaux, Traitements thermiques, Traitements

thermochimiques, Aciers inoxydables


Optimisation des traitements thermiques et

thermochimiques de diffusion d’azote dans les

aciers fortement alliés.

Mise en place de l’infrastructure interne pour

l’installation d’un nouveau four à vide

Resultats

Durant cette période, nous étions malheureu-

sement en incapacité de travail suite à une

infection noso-comiale. Les activités du groupe

du laboratoire ont donc étés fortement ralentis

durant cette période.

Les activités principales se sont concentrées sur

divers domaines :

Préparation de l’infrastructure interne pour un

nouveau four à vide (circuit de refroidissement et

de gaz) avec un investissement de env. 20.000

CHF en partie financé par nos avoirs en transfert

de technologie.

1. Optimisation du traitement thermique de

petits instruments pour la chirurgie oculaire

en collaboration avec la maison Griesshaber

à Schaffhouse.

2. Mise au point d’un traitement de

d’enrichissement en azote pour des aciers

inoxydables. Ces traitements se font actuel-

lement exclusivement sous vide. Nos divers

essais ont montré que cela est aussi possible

sous atmosphère gazeuse. Nous avons mis

au point une phase de dépassivation qui se

révèle efficace. Nous avons actuellement une

collaboration avec la maison Gerster AG et

l’école d’ingénieur du Locle.

3. Acquisition de mandats de service auprès de

diverses industries, ce qu nous permet de

financer actuellement un collaborateur sup-

plémentaire et les diverses infrastructures

pour le nouveau four à vide. (Voir liste des

divers mandats et collaboration jointes). Le

chiffre d’affaire du laboratoire se monte à

env. 200'000.- CHF.

4. Reprise du projet BFH - HANG (nitruration de

tôles pour des instruments de musique) avec

la maison PanArt à Berne.



Dr. Peter Walther 032 321 63 81

[email protected]



technologien


Schlüsselbegriffe

Nanotechnik, Oberflächencharakterisierung,

Automatisierung AFM


Automatisierung des Messvorganges

eines Atomkraftmikroskops (AFM).

Messungen mit einem AFM bedürfen eines

relativ grossen Zeitaufwandes (ca. 20Min. pro

Messung). Das ist mit ein Grund, weshalb diese

moderne Messtechnik nur zögerlich Einzug in

die Industrie hält. Ziel dieses Forschungsplans

ist es, die Messtechnik soweit zu automatisie-

ren, die Messzeit auf ein Minimum zu reduzieren

(1 Minute) und die Messung in einem automa-

tisch erstellten Messprotokoll zu dokumentieren,

dass eine angelernte Person die Messung

durchführen kann. Dieser Forschungsplan wird

zusammen mit der Firma mps in Biel und der

Firma nanosurf in Liestal begleitet. Weiter ist in

der Zwischenzeit die Firma Doniar, Biel, hinzu-

gestossen, die ebenfalls an einer automatisierten

AFM-Messeinrichtung für die Charakterisierung

von dekorativen Oberflächen ihrer Uhrenteile

interessiert ist. Die Firma nanosurf hat grosses

Interesse, die Resultate in ihr Verkaufsprogramm

aufzunehmen, um damit die Attraktivität der

AFM Messungen in der Industrie zu erhöhen.

Resultate

Nach erfolgreichem Abschluss des Projektes

stand ein Lehrgang zur Verfügung, der aus 5

Modulen bestand, die wiederum, je nach Modul,

aus 5 bis 7 Wochenkursen, sog. WBK zusam-

mengesetzt sind. Zu den besuchten Wochen-

kursen werden jeweils entsprechende sog.

booklets abgegeben.

Dieser Lehrgang wird seit März 2005 angeboten

und auch durchgeführt. Noch im Laufe der

ersten Studienmonate konnte dieser Lehrgang

zu einem „Master of Advanced Studies in Nano-

and MicroTechnology“ (MAS) mit offizieller

Anerkennung umgewandelt werden.

Dank seiner Modularität kann ein Student das

Studium jederzeit beginnen. Es sind dazu 20

aus einem Angebot von 30 Wochenkursen zu

absolvieren. Bei Erfolg erhält der Student 60

ECTS. Für die für den Abschluss notwendige

Masterarbeit erhalten die Studierenden bei

Erfolg 20 ETCS Punkte.

Um die Informationen zu diesem Lehrgang allen

interessierten zugänglich zu machen, wurde eine

Internetseite kreiert und aufgeschaltet

http://www.nanofh.ch/nmt-master . Diese wird

laufend aktualisiert, so dass der Interessierte auf

die neuesten Informationen zugreifen kann. Dort

findet man auch die Beschreibungen der Modu-

le, der Wochenkurse und die Studienbedingun-

gen, sowie ein Anmeldeformular. Weiter sind die

aktuellen Stellenangebote der Fachhochschulen

der Schweiz in einer Rubrik aufgeführt, die mit

genanntem Master in Verbindung stehen.

Mit diesem Projekt konnte sich die BFH im

Bereich der Nanotechnik innerhalb der Fach-

hochschullandschaft gut etablieren.


http://www.nanofh.ch/nmt-master


Roger Weber 034 426 68 45

[email protected]




Schlüsselbegriffe

Mikroprozessoren, Echtzeit-Betriebssysteme,

Real-Time Linux, Embedded Systems


Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, die

Kompetenzen der MRU Produktionstechnik in

den Bereichen Mikroprozessoren und Echtzeit-

Betriebssystemen weiter auszubauen. Bei den

Mikroprozessoren sollen einerseits low-power

und low-cost Bauelemente in Projekten zum

Einsatz kommen, andrerseits soll das Know-

How für high-end Mikroprozessoren und insbe-

sondere die ARM-Prozessorarchitektur ausge-

baut werden. Bei den Echtzeit-

Betriebssystemen sollen weitere Erfahrungen mit

verschiedenen Betriebssystemen, insbesondere

Embedded Real-Time Linux gesammelt und in

Projekten umgesetzt werden. Von besonderem

Interesse sind Anforderungen bezüglich Echt-

zeitverhalten, Kommunikationsmöglichkeiten

(Internet-Anbindung) sowie Stabilität (Ausfallsi-

cherheit).

Im Bereich low-power Mikroprozessoren haben

wir einen Telemetriesender für die Vogelwarte

Sempach entwickelt. Unsere Kompetenzen in

high-end Mikroprozessoren sowie verschiede-

nen Echtzeit-Betriebssystemen haben wir durch

die Entwicklung eines Ausbildungs-Kits erwei-

tert. Das Kit wird heute im Unterricht in diversen

Modulen eingesetzt.

Resultate

Radio-Telemetriesender

Im Rahmen eines BFH-Projektes wurde für die

Vogelwarte Sempach der weltweit kleinste und

leichteste Radio-Telemetriesender mit vergleich-

barer Funktionalität entwickelt. Der Sender

erlaubt es, kleine Singvögel wie Schwalben oder

Meisen über ein Jahr zu peilen.

CARME-Kit

Für die BFH-TI wurde ein neues Mikroprozes-

sor-Kit für die Ausbildung entwickelt. Es basiert

auf einem ARM-Mikroprozessor und erlaubt

auch den Einsatz verschiedener Echtzeit-

Betriebssysteme. Wir haben 120 Stück für die

Standorte Biel und Burgdorf produziert, welche

nun in diversen Modulen im Unterricht einge-

setzt werden. Weiter haben wir verschiedene

Software-Bibliotheken für die Ansteuerung der

Peripherie des Kits entwickelt.

Embedded Real-Time Linux

Im Bereich Betriebssysteme haben wir uns vor

allem auf Embedded Real-Time Linux fokussiert.

Hier haben wir ein Mittelbauförderprojekt zum

Thema RTAI-Linux durchgeführt sowie eine

Diplomarbeit an der Software-Schule zum

Thema XENOMAI betreut. Weiter haben wir die

komplette Entwicklungsumgebung und die

Treiber für das neue CARME-Kit erstellt.

CAS EBX

Dank unseren Kompetenzen in den Bereichen

ARM-Mikroprozessoren und Embedded Linux

konnten wir in Zusammenarbeit mit der Soft-

ware-Schule ein neues CAS mit dem Titel

„Embedded and Real-Time Engineering with

Linux“ anbieten, welches dieses Winterhalbjahr

erstmals durchgeführt wird.



Dr. Harald Wild 032 321 63 58

[email protected]




Schlüsselbegriffe

Piezoaktorik, Hystereseverhalten, Ladungsrege-

lung, Nichtlineare Modellierung


Piezoaktoren sind hinsichtlich der Dynamik und

der Leistungsdichte jeglichem anderen techni-

schen Aktorprinzip überlegen. Diesem steht eine

kleine, stark hysteresebehaftete Ausdehnung

entgegen.

Um diese Hysterese im dynamischen Betrieb

kompensieren zu können, hat sich in den letzten

Jahren die Ladungsregelung erfolgreich durch-

gesetzt. Hierbei macht man sich zunutze, dass

der Aktor eine proportionale Ausdehnung zu

seiner Ladung besitzt, welche durch Integration

des Aktorstromes gemessen werden kann. Im

quasistatischem (Bewegungen unter einem

Hertz) oder statischem Betrieb versagt diese

Methode jedoch. Bis heute behilft man sich

damit, an den Piezoaktor Dehnmessstreifen zu

applizieren, über welche die Dehnung des

Aktors direkt gemessen werden und mittels

unterlagertem Regelkreis geregelt werden kann.

Die Hysterese wird somit automatisch kompen-

siert. Diese Methode bedarf jedoch teurer

Sensorik, Mess- und Regelelektronik. Um eine

Kompensation mittels Kalmanfilter zu ermögli-

chen, müssen möglichst genaue Modellvorstel-

lungen des Hystereseverhaltens vorhanden sein.

Ziel dieser Arbeit war eine erste theoretische

simultane Modellbildung.

Resultate

In einem ersten Schritt wurden eigene Ladungs-

verstärker entwickelt, welche eine Kompensati-

on der Hysterese im dynamischen Betrieb

bestätigten. Auch hier zeigte sich jedoch, dass

im quasistatischen Betrieb eine Kompensation

nicht stattfindet. Dies kann damit begründet

werden, dass bei langsamen Bewegungen und

bei kleinen Strömen die Integration ein zu unge-

naues Bild der Ladung widerspiegelt. Weiterhin

wird das selbstständige Kriechverhalten des

Piezo’s nicht berücksichtigt.

Weiterführende Literatur- und Patentrecherche

zeigen ein weltweit reges wissenschaftliches

Interesse an dieser Thematik. Der jetzige Stand

der theoretischen Ansätze zeigt, dass Modelle

welche auf partiellen Differentialgleichungen

aufbauen, eine erste Widerspiegelung des

Hystereseverhaltens aufweisen. Diese Ansätze

werden nun an realen Piezoaktoren erprobt und

verifiziert. Nachfolgend sollen anhand der Erfah-

rungen welche nun gemacht werden, eigene

theoretische Betrachtungen zum Hysterese-

verhalten von Piezoaktoren gemacht werden.



Dr. Erich Wyler 079 820 97 01

[email protected]




Schlüsselbegriffe

Risikomanagement, Modellierung von Wetter-

phänomenen, Expertensystem, Biodiversitäts-

monitoring, Bootstrap



Zusammen mit der Meteo Schweiz wurde auf

der Basis eines Energiebilanzmodells ein Prog-

nosetool für die Vorhersage der Strassenober-

flächentemperaturen entwickelt, um den Winter-

dienst von Strassen zu planen. Das Tool soll ab

2008 produktiv eingesetzt werden.

IMWD

Für die Vorhersage der Strassenverhältnisse auf

dem Strassennetz des Kantons Luzern wurde

erfolgreich ein Expertensystem entwickelt. Damit

kann der Winterdienst situationsbezogen, effi-

zient und kostengünstig geleistet werden. Dies

erhöht die Sicherheit auf den Strassen wie auch

die Zufriedenheit der Verkehrsteilnehmer.

Local-METEO-Toolbox

Zuverlässige Windtrendprognosen erhöhen die

Sicherheit beim Betrieb der Jungfraubahnen,

Regionale Hochwasserprognosen unterstützen

die erfolgreiche Abflussregulierung exponierter

Fliessgewässersysteme.

BDM

Beurteilung des Repräsentativitätsverlusts bei

der Datenerhebung der BDM-Stichprobe.

Resultate


Das Projekt hat eine leichte zeitliche Verzöge-

rung erfahren, weil die Meteo Schweiz mit der

Aufbereitung und Bereitstellung der meteorolo-

gischen Daten in Verzug kam. Das Ergebnis ist

einerseits ein Modell zur Prognostizierung der

Strassenoberflächentemperaturen (Energiebi-

lanzmodell) sowie eine Javaapplikation, die

dieses Modell in einem Grafikeditor mit geeigne-

ten Datenschnittstellen für den In- und Output

einbindet. Die Validierung des Programms ist am

Laufen. AkDie Schnittstellen zu den verschiede-

nen Datenbankservern müssen noch konfiguriert

werden. Das Tool soll ab 2008 produktiv einge-

setzt werden.


IMWD

Das Expertensystem wurde erfolgreich imple-

mentiert. Infolge eines Führungswechsels in der

Leitung des Werkhofes sowie einer dadurch

vorgenommenen Neubeurteilung der Prioritäten,

wird das Expertensystem jedoch zukünftig nicht

operativ eingesetzt.

Local-Meteo-Toolbox

Der Teilaspekt der Windtrendprognose wurde

erfolgreich implementiert. Via Web-Applikation

können die Prognosen und Windmessungen

Online verfolgt werden

http://194.209.119.167/WTP.HTM . Für den

Teilaspekt der Hochwasserprognosen der Zulg

wurden erste Modelle studiert und anhand der

Messdaten überprüft.

BDM

Für das Projekt Biodiversitätsmonitoring

Schweiz soll der Monitoringeffekt abgeschätzt

werden. Dabei kommen Methoden wie PRS

(Partial-Replacement-Sampling) zum Zuge. Das

Projekt ist in Bearbeitung.



http://194.209.119.167/WTP.HTM


Technologie am Menschen

Heute gehört die Handhabung elektronischer

Geräte zum gesellschaftlichen Alltag. Moderne

Technologien und deren sinnvolle Anwendung

sollen den Menschen unterstützen und sein

tägliches Leben erleichtern. Um dieses Ziel zu

erreichen, betreiben wir Forschung in "Biomedi-

cal Engineering" und "Human Interface Techno-

logies".

Die Master Vertiefung "Human Interface Techno-

logies" umfasst zukunftsweisende Technologien

wie Computer Perception und Virtual Reality,

Sensorik, Biometrie und Authentifizierung sowie

Hardware Algorithmik in Mikroelektronik.

Die Resultate unserer Forschung in Computer

Wahrnehmung und virtueller Realität werden

bereits in zahlreichen Anwendungen der Medi-

zin, der Biometrie und des Konsumgüterbe-

reichs eingesetzt. In der Biometrie liegt der

Schwerpunkt bei der Entwicklung von Authenti-

fizierungs-Algorithmen basierend auf Fingerab-

druck und Iris, wobei insbesondere der Metho-

dik der „encapsulated biometry“ eine besondere

Bedeutung zukommt. Aus dem wachsenden

Bedarf nach hohen Rechenleistungen und

Energieeffizienz in tragbaren Anwendungen

ergibt sich der Fokus der Hardware-Algorithmik

wie auch der Kombination von Hardware-

Software-Algorithmen als System-on-Chip-

Lösungen der Mikroelektronik.


Technologie appliquée à

l’être humain

Aujourd’hui, la manipulation d'outils électro-

niques fait partie du quotidien de notre société.

Ces technologies modernes ainsi que leur

application ont pour but d’aider l'être humain et

de lui faciliter son quotidien. Nos recherches

dans les domaines du "Biomedical Engineering"

et "Human Interface Technologies" visent à

atteindre cet objectif.

Le Master en Technologie appliquée à l'être

humain regroupe des technologies telles que la

computer perception et la réalité virtuelle, la

technologie des senseurs et des actuateurs, la

biométrie et l'authentification ainsi que l'algo-

rithmique (hardware) en microélectronique.

Les résultats de nos recherches en perception

d'ordinateur et réalité virtuelle ont déjà trouvé

application dans des secteurs tels que la méde-

cine, la biométrie et l'industrie des biens de

consommation. Le développement

d’algorithmes d'authentification par les em-

preintes digitales et l’iris revêt un caractère

prioritaire en biométrie, sachant que l’accent est

mis en particulier sur la méthode de la biométrie

intégrée "encapsulated biometry". En raison du

besoin croissant en termes de puissance de

calculs et d’efficacité énergétique dans des

applications portables, les efforts dans le do-

maine de l'algorithmique matériel et la combinai-

son d'algorithmes matériels-logiciels se concen-

trent sur les solutions System on Chip pour la

microélectronique.





Beatrice Amrhein 031 848 32 76

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) TAM

Forschungsfeld(er) Computer Perception and

Virtual Reality


Schlüsselbegriffe

Virtual Reality, Augmented Reality, Osteosynthe-

sis


The HOVISSE (Haptic Osteosynthesis Virtual

Intra-operative Surgery Support Environment)

project is a medical Virtual Reality research

undertaking currently conducted in collaboration

with the University Hospitals of Zurich and Basel

and the Computer Science Department of the

University of Basel.

HOVISSE aims at developing a framework of

software applications to provide a seamless

digital support environment for Osteosynthesis

in trauma care. It will offer assistance starting

with the pre-operative planning phase and

continuing to the intra-operative surgery phase.

Through use of Virtual- and Augmented-Reality

technologies as well as Computer Haptics, the

project tries to improve the Osteosynthesis

workflow through a coherent stereoscopic 3D

immersive data environment. This Hasler Foun-

dation financed research projects started in

January 2006 and has a planned duration of

three years.

Resultate

Work package C consists of the development of

a software framework for modelling an interac-

tive simulation of a surgery operation room in a

3D CAVE system. Here we achieved the follow-

ing results:

Implementation of the workflow engine and the

network protocol between the 3D simulation

and the workflow engine

Validation of the workflow language by using it

for test workflows

Extension of the workflow language by

action groups: actions which have to run in

parallel

action sequences: actions which have to run

sequentially

phases: for a course grained navigation in a

workflow and to be able to define synchroni-

sation points (conditions to be reached)

definition of conditions (pre- and post-

conditions of actions, action groups, action

sequences and phases)

Transformation of the graphical description of

the Proximal Femur Nail (PFN) surgical inter-

vention into a formal description according to

our workflow language. With this at hand, we

are able to run a simulation of a real surgery

operation.



Werner Bäni 034 426 68 39

[email protected]


Forschungsfeld(er) Biometrie und Authentifizie-

rung


Schlüsselbegriffe

Signature Verification, Encapsulated Biometrics,

Signal Processing


BFH-Projekt SignVerif

Gegenstand dieses Projekts ist ein kreditkarten-

grosses persönliches Gerät ("Kärtchen"), das zur

Authentifizierung mittels Unterschrift verwendet

werden kann. Erfassung und Überprüfung der

Unterschriften werden direkt auf dem Kärtchen

vorgenommen, sodass keinerlei persönliche

Daten an andere Systeme übermittelt werden.

Die Spin-off-Firma Axsionics der BFH-TI hat

entsprechende Kärtchen mit Fingerabdruck als

Erkennungsmerkmal bis zur Marktreife entwi-

ckelt. Es besteht jetzt also die Möglichkeit, die

Fingerabdruckprüfung durch Unterschriftenprü-

fung zu ersetzen.

BFH-Projekt DWB-Cardio

Das Institut für Physiologie der Universität Bern

führt Experimente durch, in denen über längere

Zeit die elektrische Aktivität von Herzzellkulturen

gemessen wird. Dabei fallen grosse Datenmen-

gen an, die so aufbereitet und platzsparend

gespeichert werden müssen, dass sie für späte-

re Auswertungen effizient verfügbar sind

Resultate

BFH-Projekt SignVerif

Ein Prototyp des Unterschriftenverfikationskärt-

chens wird bis Ende Jahr zur Verfügung stehen;

die Vorbereitungsarbeiten sind schon weit

gediehen. Das Aufnehmen und Überprüfen von

Unterschriften funktioniert in einer Testumge-

bung, bei welcher die verwendete Hardware

(Display mit Touchpanel, auf das mit einem Stift,

wie er von anderen elektronischen Kleingeräten

bekannt ist, geschrieben werden kann, Mikro-

prozessor zur Ausführung der benötigten Be-

rechnungen) genau derjenigen auf dem Kärt-

chen entspricht. Mit Hilfe dieser Testumgebung

wurde auch eine Datenbank mit je 20 Unter-

schriften von 40 Personen und je 20 Fälsch-

Versuchen aufgenommen. Die statistische

Auswertung dieser Versuche ergab, dass das

miniaturisierte System eine Erkennungsleistung

aufweist, die derjenigen der früheren PC-

basierten Version kaum nachsteht.

BFH-Projekt DWB-Cardio

Mit dem in diesem Projekt entwickelten Pro-

gramm werden die während eines Experimentes

mit Herzzellkulturen (Institut für Physiologie der

Universität Bern) aufgenommenen Signale (bis

64 Kanäle) analysiert; die von Herzzellen stam-

menden Impulse werden aufgrund ihrer charak-

teristischen Form erkannt, von Rauschen und

Stimulierungssignalen getrennt und zusammen

mit einigen Kenngrössen in einer Datenbank

abgelegt. Der Umfang dieser Datenbank beträgt

nur noch 1% bis 3% der ursprünglichen Daten-

menge. Überdies ist sie so organisiert, dass

Auswertungen mit den vom Auftraggeber defi-

nierten Suchkriterien effizient ablaufen können.



Dr. Emmanuel Benoist 032 321 63 22

[email protected]

Point fort(s) de recherche TAM /MIG

Champ(s) de recherche Techniques Médicales /

Identity, Security and Privacy


Mot clés

Projet européen, identité virtuelle, profiling,

anonymaisation


J'ai travaillé principalement sur trois

projets

FIDIS (Future of IDentity in the Information

Society) un Network of Excellence du 6ieme

programme cadre de l'Union Européenne. Ce

projet cherche à définir le contenu des nouvelles

formes d'identité apparues avec l'essor des

nouvelles technologies (Internet, RFID, Ambiant

Intelligence, Profiling, Biométrie, Implants,...)

Acquisition de données pour la recherche

évaluative en chirurgie orthopédique (MEMdoc).

Ce projet commun à la BFH, l'Université de

Berne (Institut IEFO) et l'entreprise Qualidoc,

met en place une infrastructure Web pour

collecter des données médicales (principalement

orthopédiques). Elles sont ensuites mises à

disposition des médecins et chercheurs pour

permettre un amélioration des techniques

médicales ainsi que de la qualité des implants.

Biocrypt: Dans ce projet (financé par la BFH)

nous mettons en place une technique permet-

tant l'usage de « pseudonymes biométriques »

dans un processus de reconnaissance de l'iris.

Resultats

Dans le cadre du projet FIDIS, nous

avons eu les actitivés suivantes

Présentation de l'article « Internet-Voting,

Opportunity or Threat for Democracy? » à la

conférence Vote-ID 2007 à Bochum.

Organisation du General Meeting du projet

en Suisse (Neuchâtel).

Organisation du Workshop Non-Human

Legal Entities (Bruxelles 25 janv. 2007)

Participation à la standardisation des notions

connexes à l'Identité (ISO)

Participation au déliverable « A Holistic

Privacy Framework for RFID Applications »

Dans le projet MEMdoc, nous avons

définit une architecture compatible avec le

respect de la vie privée. Cette architecture

comporte un serveur web central collectant

toutes les informations médicales et servant

les pages web, ainsi qu'un ensemble de ser-

veurs (appelés modules), spécifiques à cha-

que pays, chargés de stocker les noms des

patients.

développé des prototypes validants cette

architecture.

développé des algorithmes permettant de

suivre un patient, même si celui-ci change

d'hôpital.

fait le design des différentes bases de don-

nées, pour permettre de stocker les informa-

tions, tout en les protégeant efficacement.

Dans le cadre de Biocrypt, nous avons

collecté des données biométriques de base

(photos d'Iris)

implémenté un processus biométrique

complet de reconnaissance de la personne

(suivant le state of the art)

défini une stratégie pour obtenir des données

qui seront ensuite considérées comme des

« pseudonymes biométriques ».



Dr. Jürgen Burger 032 321 63 84

[email protected]


Forschungsfeld(er) Medizintechnik


Schlüsselbegriffe

Medizintechnik, Intelligente Operationsinstru-

mente, medizinische Robotik


Die minimalinvasive Injektion von Knochener-

satz- und Biomaterialien wird in der Orthopädie

immer wichtiger. In der Vertebroplastie und der

Kyphoplastie an der Wirbelsäule wird Knochen-

zement, wie zum Beispiel PMMA (Polymethyl-

methakrylat) oder Kalziumphosphat, zum stabili-

sieren von meist osteoporosebedingten Wirbel-

frakturen verwendet.

Während diese Behandlungsmethoden äusserst

minimalinvasive und kostengünstige Eingriffe mit

guten Resultaten darstellen, treten auch einige

ernste Komplikationen auf. Die schwerwie-

gendsten, wie zum Beispiel Querschnittsläh-

mungen oder lebensbedrohende Lungenembo-

lien, sind die Folge von Leckage der Ersatzmate-

rialien in den Spinalkanal oder das vaskuläre

System. Um die Einschränkungen heute ge-

bräuchlicher Injektoren zu überwinden, wurde

ein computerassistiertes Injektionsgerät entwi-

ckelt, welches auf herkömmlichen Spritzen

basiert. Das dampfsterilisierbare Gerät ermög-

licht Hockdruckinjektionen mit bis zu 5 MPa,

und ist in der Lage, die Injektionsparameter zu

messen.

Resultate

Das computerassistierte Injektionssystem be-

steht aus den drei Hauptkomponenten Injektor,

haptischem Interface und Kontrolleinheit (Abb. s.

unten) Optional können an die serielle Schnitt-

stelle der Kontrolleinheit weitere Geräte zur

Anzeige und Protokollierung der Messdaten

angeschlossen werden.

Der Injektor

Der Injektor wurde so ausgelegt, dass er eine

Standardspritze aufnehmen und sie mit einer

Kraft von bis zu 640 N ausdrücken kann, was

einem Injektionsdruck von 5 MPa entspricht.

Das geringe Gewicht von 359 g bei einer Ge-

samtlänge von 167 mm (10 mm länger als die

verwendete Standardspritze) erlauben es, dass

das Gerät direkt über den Luer-Lock der Spritze

auf die Biopsienadel geschraubt werden kann,

durch welche das Material eingespritzt wird.

Das haptische Interface

Die Bedienung des Injektors erfolgt über ein

spritzenähnliches, haptisches Interface. Die

Funktionsweise entspricht weitgehend einer

normalen Spritze: Je schneller der Kolben

vorwärts bewegt wird, desto schneller injiziert

der Injektor das Material. Gleichzeitig wird auf

Basis des in der Spritze gemessenen Drucks

eine Bremswirkung erzeugt, um den Kolbenwi-

derstand zu simulieren. Da der Injektionsdruck

hauptsächlich von der Viskosität des zu injizie-

renden Materials abhängt, wurde zur Simulation

des Widerstandes auf magnetorheologische

Flüssigkeit (MRF) zurückgegriffen. Die MRF

besteht aus einer Trägerflüssigkeit (z.B. Silikon-

öl), die mit magnetisch permeablen Metallparti-

keln angereichert ist. Sobald ein Magnetfeld

angelegt wird, formen die Partikel Ketten entlang

der Feldlinien und erhöhen damit in Abhängig-

keit der Feldstärke die Viskosität der Suspensi-

on. Mittels Regulierung des Spulenstroms wird

die Viskosität der MRF beeinflusst und damit der

Kolbenwiderstand gesteuert.



Roger Cattin 032 321 63 19

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe

Iriserkennung, Biometrie, Mikrokamera, Coded

Aperture Imaging


Im Rahmen dieses Projekts wurde eine Mikro-

kamera entwickelt, welche in eine Smartcard

eingebaute werden kann und für Iris- und Ge-

sichtserkennung sowie für die Datenübertragung

von einem Bildschirm in die Karte verwendet

werden kann. Die Arbeit konzentrierte sich auf

die Entwicklung einer extrem kleinen Kamera mit

Mikrolinsenarrays.

Weiter arbeiteten wir an der Entwicklung von

neuen Algorithmen für die Merkmals-Erkennung

in der Iris. Ein Software-Framework wurde

erarbeitet, das zuverlässig Iris-Codes für die

Authentifizierung erzeugen kann. Dieses Paket

so optimiert, dass es in Mikrocomputern einge-

setzt werden kann und dort nur sehr wenige

Ressourcen (Rechenzeit und Memory) benötigt.

In einem weiteren Projekt wurden die Grundla-

gen für eine neuartige Kamera entwickelt, wel-

che Daten mit einer grossen Bandbreite von

einem Bildschirm lesen kann. Für die verwende-

te Technologie ist ein Patent erteilt worden.

Resultate

Nachdem sich gezeigt hatte, dass der erste

Ansatz für eine Iris-Mikrokamera zu licht-

schwach war suchten wir die Zusammenarbeit

mit dem Institut für Mikrotechnologie der Univer-

sität Neuenburg. Dieses forscht unter anderem

über die Verwendung von Mikrolinsenarrays für

Kameras. Die Verbindung dieser Grundlagenfor-

schung mit unserer praktischen Anwendung ist

ein ideales Beispiel der Zusammenarbeit von

Universität und FH. In einem Versuchsaufbau

konnte eine derartige Kamera getestet und

untersucht werden. Erste Algorithmen für die

Zusammensetzung der zahlreichen Einzelbilder

in ein höher aufgelöstes Gesamtbild (Super-

Resolution) sind entwickelt worden und die

Machbarkeit ist nachgewiesen.

Die in einem BFH Forschungsprojekt erarbeite-

ten Grundlagen einer Software für die Erken-

nung der Iris konnten jetzt im Projekt Poly-Iris in

eine praktische Anwendung überführt werden.

Es konnte praktisch gezeigt werden, dass die

Software so angepasst werden kann, dass sie in

einem Mikrocomputer, wie er in eine Smartcard

eingesetzt werden kann, lauffähig ist und in

vernünftiger Rechenzeit die Ergebnisse liefert.

Die Software wird aktuell im BFH-Projekt BioC-

rypt eingesetzt.

Im Rahmen dieses Forschungsplans konnte das

Projekt einer Kamera für die breitbandige Über-

tragung von Daten von einem Bildschirm in eine

Smartcard weiterverfolgt werden. In der Zwi-

schenzeit ist es gelungen, Masken mit den

notwendigen extrem kleinen Strukturen herzu-

stellen und eine Experimental-Kamera aufzu-

bauen. Der Funktionsnachweis konnte erbracht

werden. Weitere Untersuchungen wie zum

Beispiel die Erhöhung der Bandbreite durch

Verwendung von Farben laufen derzeit noch.



Daniel Debrunner 032 321 63 67

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) TAM / EVM

Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Fahrzeug-

sicherheit und Mechanik /


Schlüsselbegriffe

Mechatronisches Assistenzsystem, ARM Cont-

roller, steer-by-wire


Medizintechnik – Mechatronisches Assis-

tenzsystem

Ein mechatronisches Assistenzsystem ermög-

licht das chirurgische Arbeiten ohne Sichtkon-

takt. Es benötigt 3D-Sensorik mit Kraftrückmel-

dung, eine ausgeklügelte Handhabungssoftware

und eine passende Integration mit der Anwen-

dung.

Steer-by-wire für behinderte Lenker

Das an der BFH-TI entwickelte Produkt

joysteer® ermöglicht es muskelkranken Men-

schen ein Auto sicher zu lenken.

Resultate

Medizintechnik – Mechatronisches Assis-

tenzsystem

Die Verknüpfung eines haptischen 3D Gerätes

(räumliches Eingabegerät mit Positionsrückmel-

dung für den Operator) mit einer kraftüberwach-

ten Materialtrennvorrichtung ohne Sichtkontakt

ist prinzipiell machbar. Die dynamischen Gren-

zen des untersuchten Eingabegerätes schrän-

ken jedoch die Präzision der Anwendung ein.

Ein am Markt neu verfügbarer, hochintegrierter

ARM9 Prozessor wurde umfangreichen Tests

unterworfen, die aufgrund von Hardwarefehlern

nur teilweise erfolgreich waren

Steer-by-wire für behinderte Lenker

Der A-Protoyp des Steer-by-wire Produktes

wurde mit behinderten Lenkern erfolgreich

getestet und der sicherheitstechnische Homolo-

gationsprozess für die Strassenzulassung beim

TÜV ist auf Kurs.



Jürgen Eckerle 032 16 312

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe

Virtual Reality, Medicine, Simulation, Optimizati-

on, Planning





project which is conducted by Urs Künzler in

collaboration with the University Hospitals of

Zurich and Basel and the Computer Science

Department of the University of Basel.

The HOVISSE project is divided into 4 work

packages: WP-A, WP-B, WP-C and WP-D. I am

involved in WP-C: The main goal of WP-C is to

model, to simulate and to visualize the man-

machine interactive workflow of a Proximal

Femur Nail (PFN) surgical intervention. Besides

this main goal, the workflow also needs to be

optimized with respect to selected optimality

criterions. Optimization means to minimize the

personal costs, duration of the operation and X-

radiation exposure. As a result, an interactive

simulation framework is to be developed which

can be used for pre-operative training and

interactively supported optimization. Additionally,

the simulated workflow is visualized as a realistic

life size 3D stereoscopic visualization in the VR

CAVE laboratory.

Resultate

My task is the optimization of the workflow.

Both, the simulation as well as the optimization

is based on solving a planning problem model-

ling den PFNA workflow. in this research period I

focused the main part of my activity on defining

and solving the planning problem which is a key

component in this approach.

First step. The starting point was the detailed

workflow description worked out during our

HOVISSE workshop in October 2006 based on

the videos showing the PFN operation in the

Kantonsspital Aarau. However, by a detailed

analysis I found some failures and missing links

in the workflow description which I corrected by

a repeated analysis of the videos and by an

additional talk with our medical experts.

Second, I formalized the workflow as STRING-

like planning problem which I described in the

XML-specification language of Stephan Fischli

and Beatrice Amrhein. Additionally, I summa-

rized the modelling and formalization process in

a 20 page document.

Third, I outlined a novel two-level problem

solving algorithm in detail for solving the plan-

ning and the corresponding path finding prob-

lem in an combined way. The path planning

algorithm computes a plausible and realistic

path for the simultaneously acting agents simu-

lated and visulized in a 3D virtual world.

Finally, I started the implementation of a proto-

type in Java. I realized a simple forward planner

for solving the planning problem and for verifying

the formalization of the PFNA workflow. Addi-

tionally, Stephan Balmer complemented this

work by the implentation of a parser for the

XML-workflow description and a partial-order

planner, both realized in Java, in his diploma

thesis.



Stephan Fischli 031 848 32 74

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe


sis






















three years.

Resultate

Work package C consists of the development of

a software framework for modeling an interac-

tive simulation of a surgery operation in a 3D

CAVE system. Here we achieved the following

results:

Implementation of the network protocol

between the workflow engine and the 3D si-

mulation

Implementation of the processing logic of the

workflow engine

Validation of the workflow language by

applying it to test workflows

Extension of the workflow language by

phases, action groups and action sequences

Transformation of the graphical representa-

tion of the Proximal Femur Nail (PFN) surgery

operation into a formal description according

to our workflow language



Claude Fuhrer 032 321 63 36

[email protected]

Point fort(s) de recherche TAM

Champ(s) de recherche Computer Perception

and Virtual Reality


Mot clés

Collision detection, collisions handling, Virtual

chirurgy, algorithmic optimisation






with the Uni-versity Hospitals of Zurich and

Basel and the Computer Science Department of

the University of Basel.














three years.

Résultats

Un des buts de la période de recherche 2005 -

2006 était de publier un article dans une revue

ou une conférence internationale. Ce but a été

atteint par la publication de l'article "A survey of

collision De-tection and Response Algorithms

suitable for Six Degree-of-Freedon" que mon

collègue Urs Künzler (klu1) et moi-même avons

fait paraître dans les actes du workshop "Virtual

Reality : Technology and Application" organisé

par l'université transilvanienne de Brasov en

Roumanie et qui s'est tenu entre les 18 et 19

mai 2006.

Dans période de recherche concernée par ce

rapport nous devions implémenter les idées

développées dans l'article. Comme résultat

concret atteint dans cette période de recherche

nous avons montré qu'il n'est pas possible

d'utiliser une bibliothèque de détection des

collisions dont les structures de données ne

sont pas compatibles avec les stuctures utili-

sées par le projet Hovisse. Le fait de devoir

mémoriser plusieurs fois chaque donnée impose

une charge trop importante à la mémoire et la

conversion entre les formats de données ne

permet plus une animation fluide nécessaire

pour que l'utilisateur ne remarque pas les cal-

culs effectués en arrière plan. L'implémentation

de la nouvelle solution (adaptation de la biblio-

thèque Rapid à la structure des données utili-

sées par le projet Hovisse) est une tâche très

complexe et n'a pas pu être complétée pendant

la période couverte par le présent rapport.

Resultats



Dr. Josef Goette 2/2 032 321 67 31

[email protected]


Forschungsfeld(er) Hardwarealgorithmen


Schlüsselbegriffe

Analog-Digital Wandler, Sigma-Delta Modulator


Analog-Digital (AD) Wandler sind die notwendi-

gen Schnittstellen zwischen analoger und digita-

ler Welt: analoge Signale wie sie zum Beispiel

von Sensoren für Temperatur, Licht und derglei-

chen herrühren, müssen in eine digitale Darstel-

lung gewandelt werden, um von digitalen Sys-

temen (Mikroprozessor, anwendungsspezifische

digitale Hardware) weiterverarbeitet werden zu

können. Klassische Sigma-Delta AD Wandler

führen die Wandlung in einem zweistufingen

Prozess durch: Ein Sigma-Delta Modulator stellt

das analoge Signal als hochfrequente Bitse-

quenz dar (die eigentliche Wandlung), und ein

nachgeschaltetes digitales Filter übersetzt diese

Bitsequenz (viele aber ungenaue Datenwerte) in

eine niederfrequente Sequenz von Abtastwerten

höherer Auflösung. In der Praxis werden solche

Sigma-Delta AD Wandler als integrierte Schal-

tungen realisiert, sei es als eigenständige AD

Wandler, sei es als Teil einer grösseren anwen-

dungsspezifischen Integration. Integrierte Schal-

tungen sind mit hohen Initialkosten verbunden

und rechnen sich nur für grosse Stückzahlen

(100'000 und mehr); gemischt analog/digitale

integrierte Schaltungen wie sie für Sigma-Delta

AD Wandler benötigt werden sind noch teurer.

Das Ziel einer ersten Phase unseres Projekts ist

es gewesen, einer Idee zur Sigma-Delta AD

Wandler Realisierung zum Durchbruch zu ver-

helfen, bei welcher der analoge Sigma-Delta

Modulator ohne aktive analoge Komponenten,

mit lediglich einem Widerstand und einer Kapa-

zität, realisiert werden kann; damit eine Integra-

tion der analogen Schaltungsteile überflüssig

wird; und damit nur noch das digitale Filter des

Sigma-Delta AD Wandlers „integriert“ werden

muss.

In der zweiten Projektphase haben wir unsere

ursprüngliche Idee optimiert: Zur Zeit forschen

wir, zusammen mit unserem Industriepartner, an

speziellen integrierten Sigma-Delta AD Wand-

lern.

Resultate

Es konnte eine neuartige Minimal-Architektur für

den Sigma-Delta Modulator zum Einsatz in

Sigma-Delta AD Wandlern erarbeitet werden.

Diese Minimal-Architektur ist die Basis für die

Realisierung von AD Wandlern mit nur einem

Widerstand und einer Kapazität als einzige

analoge Elemente. Weil keine aktiven analogen

Elemente nötig sind, lassen sich AD Wandler in

FPGA's oder in der Software von handelsübli-

chen Mikroprozessoren realisieren. Anwendung

findet die neuartige Technologie überall dort, wo

Sensor-Daten gewandelt werden müssen und

strenge Anforderungen an das

Preis/Leistungsverhältnis auch bei kleinen

Stückzahlen (1 bis 100'000) gefordert sind.

Die beschriebene Technologie hat eine struktur-

bedingte beschränkte Auflösung bei moderaten

Abtastfrequenzen. Eine in der Berichtsperiode

neu ersonnene zusätzliche Idee kann diese

Einschränkung stark abschwächen: Wir haben

zeigen können, dass die Injektion von Pseudo-

Rauschen (Dither-Techniken) in den Wandel-

Prozess die theoretische Limite der ursprüngli-

chen Architektur aufheben kann, ohne die

ursprüngliche Idee des „digital-only“ Wandlers

zu verraten.

Die neuartige Architektur des Sigma-Delta AD

Wandlers wurde an nationalen (Technology

Leadership Day 2004, October 2004, Biel-

Bienne) und internationalen (IEEE Symposium

on Integrated Circuit and System Design, Sep-

tember 2004, Brazil) Konferenzen präsentiert.

Erste realisierte Anwendungen wurden an der

internationalen Konferenz "IFIP VLSI-SOC, Perth

October 2005, Australia" unter dem Titel "A

Novel Photo-Sensor Interface Technology

Based on Sigma-Delta Conversion" präsentiert.

Resultate zur neuen Idee der Rausch-Injektion

wurden an der internationalen Konferenz DELTA

"3rd IEEE Workshop on Electronics Design, Test

& Applications, Januar 2006, Kuala Lumpur,

Malaysia" unter dem Titel "Using Dither to

Improve the Performance of Lossy Sigma-Delta

Modulators" vorgestellt (siehe Beilagen zur

vorhergehenden Berichtsperiode); wir haben

diese Ideen in einem Patent geschützt.

Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im

ersten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-

den, für den Industriepartner HMT einen Consul-

ting-Auftrag durchzuführen. Dieser Auftrag hat in

einen erfolgreichen KTI Projekt-Antrag gemün-

det: Im August 2007 haben wir das KTI Projekt

9110.1, "Modellierung von integrierten Sigma-

Delta Modulator Baublöcken" (Gesamtkosten

CHF 720'950.-), gestartet.



Dr. Marcel Jacomet 032 321 67 31

[email protected]


Forschungsfeld(er) Hardwarealgorithmen


Schlüsselbegriffe

Analog-Digital Wandler, Sigma-Delta Modulato-

ren


Analog-Digital (AD) Wandler sind die notwendi-

gen Schnittstellen zwischen analoger und digita-

ler Welt: analoge Signale wie sie zum Beispiel

von Sensoren für Temperatur, Licht und derglei-

chen herrühren, müssen in eine digitale Darstel-

lung gewandelt werden, um von digitalen Sys-

temen (Mikroprozessor, anwendungsspezifische

digitale Hardware) weiterverarbeitet werden zu

können. Klassische Sigma-Delta AD Wandler

führen die Wandlung in einem zweistufingen

Prozess durch: Ein Sigma-Delta Modulator stellt

das analoge Signal als hochfrequente Bitse-

quenz dar (die eigentliche Wandlung), und ein

nachgeschaltetes digitales Filter übersetzt diese

Bitsequenz (viele aber ungenaue Datenwerte) in

eine niederfrequente Sequenz von Abtastwerten

höherer Auflösung. In der Praxis werden solche

Sigma-Delta AD Wandler als integrierte Schal-

tungen realisiert, sei es als eigenständige AD

Wandler, sei es als Teil einer grösseren anwen-

dungsspezifischen Integration. Integrierte Schal-

tungen sind mit hohen Initialkosten verbunden

und rechnen sich nur für grosse Stückzahlen

(100'000 und mehr); gemischt analog/digitale

integrierte Schaltungen wie sie für Sigma-Delta

AD Wandler benötigt werden sind noch teurer.

Das Ziel einer ersten Phase unseres Projekts ist

es gewesen, einer Idee zur Sigma-Delta AD

Wandler Realisierung zum Durchbruch zu ver-

helfen, bei welcher der analoge Sigma-Delta

Modulator ohne aktive analoge Komponenten,

mit lediglich einem Widerstand und einer Kapa-

zität, realisiert werden kann; damit eine Integra-

tion der analogen Schaltungsteile überflüssig

wird; und damit nur noch das digitale Filter des

Sigma-Delta AD Wandlers „integriert“ werden

muss.

In der zweiten Projektphase haben wir unsere

ursprüngliche Idee optimiert: Zur Zeit forschen

wir, zusammen mit unserem Industriepartner, an

speziellen integrierten Sigma-Delta AD Wand-

lern.

Resultate

Es konnte eine neuartige Minimal-Architektur für

den Sigma-Delta Modulator zum Einsatz in

Sigma-Delta AD Wandlern erarbeitet werden.

Diese Minimal-Architektur ist die Basis für die

Realisierung von AD Wandlern mit nur einem

Widerstand und einer Kapazität als einzige

analoge Elemente. Weil keine aktiven analogen

Elemente nötig sind, lassen sich AD Wandler in

FPGA's oder in der Software von handelsübli-

chen Mikroprozessoren realisieren. Anwendung

findet die neuartige Technologie überall dort, wo

Sensor-Daten gewandelt werden müssen und

strenge Anforderungen an das

Preis/Leistungsverhältnis auch bei kleinen

Stückzahlen (1 bis 100'000) gefordert sind.

Die beschriebene Technologie hat eine struktur-

bedingte beschränkte Auflösung bei moderaten

Ab-tastfrequenzen. Eine in der Berichtsperiode

neu ersonnene zusätzliche Idee kann diese

Einschränkung stark abschwächen: Wir haben

zeigen können, dass die Injektion von Pseudo-

Rauschen (Dither-Techniken) in den Wandel-

Prozess die theoretische Limite der ursprüngli-

chen Architektur aufheben kann, ohne die

ursprüngliche Idee des „digital-only“ Wandlers

zu verraten.

Die neuartige Architektur des Sigma-Delta AD

Wandlers wurde an nationalen (Technology

Leadership Day 2004, October 2004, Biel-

Bienne) und internationalen (IEEE Symposium

on Integrated Circuit and System Design, Sep-

tember 2004, Brazil) Konferenzen präsentiert.

Erste realisierte Anwendungen wurden an der

internationalen Konferenz "IFIP VLSI-SOC, Perth

October 2005, Australia" unter dem Titel "A

Novel Photo-Sensor Interface Technology

Based on Sigma-Delta Conversion" präsentiert.

Resultate zur neuen Idee der Rausch-Injektion

wurden an der internationalen Konferenz DELTA

"3rd IEEE Workshop on Electronics Design, Test

& Applications, Januar 2006, Kuala Lumpur,

Malaysia" unter dem Titel "Using Dither to

Improve the Performance of Lossy Sigma-Delta

Modulators" vorgestellt (siehe Beilagen zur

vorhergehenden Berichtsperiode); wir haben

diese Ideen in einem Patent geschützt.

Durch die erworbene Kompetenz ist es uns im

ersten Teil des Berichtsjahres möglich gewor-

den, für den Industriepartner HMT einen Consul-

ting-Auftrag durchzuführen. Dieser Auftrag hat in

einen erfolgreichen KTI Projekt-Antrag gemün-

det: Im August 2007 haben wir das KTI Projekt

9110.1, "Modellierung von integrierten Sigma-

Delta Modulator Baublöcken" (Gesamtkosten

CHF 720'950.-), gestartet.



Urs Josi 031 332 85 77

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe


sis






















three years.

Resultate

Im auf drei Jahre ausgelegten Forschungspro-

jekt HOVISSE beschäftigte ich mich im Rahmen

meiner Forschungstätigkeit eingehend mit der

konzeptionellen Weiter- und Aufarbeitung der

Dichteverteilungsdaten aus CT-Bildern, die

massgebend sind für eine theoretische Berech-

nung die Steifigkeit eines Knochens.

Schwerpunkt der konzeptionellen Arbeiten im

Berichtsjahr bildete die datentechnische Abbil-

dung der Schnittstelle FEM->CAVE. Die sinnvol-

le Kopplung erfordert eine robuste, möglichst

einfache Schnittstelle, welche für die Datenrück-

führung der wesentlichen Simulationsergebnisse

genutzt werden kann. Hauptergebnis der For-

schungstätigkeit ist die Definition der Schnittstel-

le sowie deren FEM-seitige Implementierung

(Preprozessor)



Urs Künzler 032 321 63 43

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe


sis






with the University Hospital of Basel, the Com-

puter Science Department of the University of

Basel and the Fraunhofer IPA Institute in Stutt-

gart. HOVISSE aims at developing a framework

of software applications to provide a seamless












three years.

Resultate

The work in the second year of the HOVISSE

research project concentrated on the engineer-

ing of work packages WP-A (osteosynthesis

pre-operative planning), WP-B (FEA modelling of

femur bone) and WP-C (workflow simulation and

optimization in the operation room).

For WP-A the focus was in the integration of

actual medical procedures for repositioning the

individual bone fragments. Therefore several 3D

models for medical implants and screws where

preprocessed and converted into the X3D

standard data format. Additionally a medical

scissor was modeled an integrated as a visual

effector for the haptics device. Furthermore the

development and implementation of the 3D

immersive user interface for multimodal visio-

haptic interaction started and will be continued

during the next project year.

Progress in WP-B was also significant since the

successful extraction and export from e-module

data from CT images could be demonstrated

and successfully used for a FEA numerical

simulation. The collaboration with the Computer

Science Department of the University of Basel

was established and the interface for data

exchange has been specified and will be imple-

mented during the remaining project period.

In WP-C the graphical workflow specification

elaborated in the previous project period, was

successfully transformed into a machine parsa-

ble XML format specification. A prototype of the

workflow simulation engine has been imple-

mented and effectively demonstrated at the

Hasler-Review meeting. The CAVE visualization

could also be demonstrated with a complete 3D

operation room model with PFN surgery needed

equipment and avatars. During the remaining

project period, the avatar animation will be in-

cluded and the integration with the optimization

engine will be implemented.

As HOVISSE is a three year research project,

the tasks conducted in the individual work

packages are still work in progress and there-

fore only preliminary results are available yet.



Christoph Meier 032 321 64 07

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) TAM / PT

Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Laser und

Photonik


Schlüsselbegriffe

Interferometer, OCT Optical Coherence To-

mography


Optical Coherence Tomography (OCT) oder Low

Coherence Interferometry (LCI) bezeichnen

optische Verfahren mit welchen Tiefenscans von

Gewebeteilen in situ und in Mikrometerauflösung

erstellt werden können.

Während der Projektperiode wurden ein miniatu-

risierter Messkopf und ein Spektrometer zur

Datenaus-wertung hergestellt und ausgetestet.

Im Weiteren konnte eine extrem breitbandige

Laserquelle angeschafft und in Betrieb genom-

men werden, diese ermöglicht nun den Aufbau

einer Messeinrichtung mit verbesserter Auflö-

sung. Eine Erweiterung des Messaufbaus zu

einer 2D Abbildung ist im Aufbau. 2D Abbildung

heisst in diesem Fall ein Tiefenscan über eine

Linie, also ein Schnitt durch das Gewebe. Eine

konkrete Anwendung dieser Methode ist die

Messung der Tiefe des Laserschnitts in der

Hornhaut bei Lasik Operationen. Testmessun-

gen an Schweineaugen wurden in Zusammen-

arbeit mit der Firma Ziemer Ophthalmic durch-

geführt.

Resultate

1. Aufbau und Inbetriebnahme einer Auswerte-

einheit bestehend aus einem Spektrometer

Eigenbau und Erarbeitung der zugehörigen

Software.

2. Design und Realisierung eines miniaturisier-

ten Interferometerkopfes. Einsatz des ganzen

Systems zur Tiefenmessung der durch einen

Femtosekundenlaser erzeugten Blasen in der

Hornhaut bei einer Lasik Operation. Diese

Messungen wurden bei der Firma Ziemer

Ophthalmic durchgeführt. Die Resultate sind

zufriedenstellend. Die erforderte Auflösung

der Tiefenmessung wurde erreicht.

3. Die Erweiterung des Messsystems auf eine

2D Abbildung ist in Bearbeitung.

4. Der Einsatz der OCT Technik im nicht medi-

zinischen Bereich konnte gezeigt werden. Es

wurde eine miniaturisierte Variante des Inter-

ferometers in ein handelsübliches Messmik-

roskop der Firma ISOMA eingebaut. Diese

wird z.B. in der Qualitätssicherung in der Uh-

renindustrie eingesetzt. Mit dieser Erweite-

rung ist es möglich neben der Distanzmes-

sung in der Ebene auch Tiefeninformation im

Mikrometerbereich zu erhalten. Im Gegen-

satz zu anderen Messverfahren ist unser

System jedoch nicht vom Öffnungswinkel

des Objektivs abhängig. Dadurch sind Tie-

fenmessungen auch in sehr kleinen aber tie-

fen Einstichen oder Löcher realisierbar.



Yves Mussard 032 321 63 83

[email protected]

Forschungsschwerpunkt(e) TAM / PT

Forschungsfeld(er) Medizintechnik / Mechatro-

nik


Schlüsselbegriffe

Robot Ear Surgery ; Mechatronic Assistance

Head Surgery ; Mini Robot Surgery


Severe hearing losses are a difficult problem for

rehabilitation. Specially when the stapes be-

comes pathologically immobile. Conventional

hearing aids often do not offer sufficient gain in

these situations. Therefore new implantable

hearing aid so called DACS has been developed

by the Head- and Neck clinik at Inselspital. The

surgical procedure includes two steps. First an

access to the middle ear cavity has to be estab-

lished by drilling a tunnel behind the external

auditory canal. This procedure has to guarantee

a precise tunnel to position the implant. Second

a bed for the implant electronic has to be milled

on the scull. Therefore, to assist the surgeon

during this operation a small sized robot has

been developed. This robot should drill the

tunnel and mill the cavity for the electronic part

of the hearing aid. For the control of the robot

following steps are required. First a CT scan of

the temporal bone of the patient is performed

and will deliver images of the relevant structures

of the ear. Then, the surgeon determines the

path of the tunnel and where the electronic

should be placed. During the operation the

robot will be guided with an optical navigation

system and will follow the trajectory defined by

the surgeon.

Resultate

State of the art project at the beginning

of the period (1st Oct. 2006)

As the project started in the previous period

(2005-2006), the state at the beginning of the

reported period was the following :

a first prototype was ever designed, fabri-

cated and assembled. This prototype had 4

degrees of freedom and was built to move in

a plane and to rotate around 2 axes to posi-

tion the driller.

a controller was designed and the different

elements where purchased

WORK DONE during the period 2006-

2007

5th degree of freedom

A linear axis integrated into the driller was devel-

oped to control the depth of the driller. With the

integration of this 5th axis, the robot is now

mechanically able to move in plan, to orient the

driller parallel to the tunnel and to move the drill

toward the middle ear.

Controller

For robot with complex cinematic (non Cartesian

robot) the controller has to be able to synchro-

nise all axes using non linear matrix transforma-

tions. Very few controllers from the market are

able to perform this task. For this reason a

controller based on a framework developed by

the CSEM was used for this application. It was

necessary to adapt it to the structure of the

prototype, to calculate the matrix transformation

and to write the necessary code to control the

robot.

FEM analysis

In order to determine the weaknesses of the

structure of the robot, a complete analyse with

FEM was done. This analysis will be used in the

next project phase when the second version of

the robot will be designed.

Link to the navigation system

To simulate a surgery operation, the robot has

to be controlled by a so called "navigation

system". Thank to this system, the surgeon can

see the CT images of the patient, and define the

points the robot has to drill through. (The MEM-

Center of University of Bern has developed the

system we use for this project). The communi-

cation between the navigation system and the

controller of the robot was going to be done

toward the end of the evaluated period.



Dr. Andreas Stahel 032 321 62 58

[email protected]


Forschungsfeld(er) Medizintechnik


Schlüsselbegriffe

FEM, mathematische Modellierung, Medizin-

technik


Für eine klinische Studie an der Christian-

Doppler-Klinik Salzburg wurden in-vivo Messun-

gen an der Wirbelsäule mit einem Distraktor

durchgeführt, um Aussagen über die Steifigkeit

sowie über das biomechanische Verhalten der

Wirbelsäule zu erhalten.

Dazu wurde ein dorsaler Distraktor der Firma

Synthes so modifiziert, dass der Distraktor

zwischen zwei Processi Spinosi eingeführt

werden konnte und auf diese Weise die direkte

Distraktion zweier Wirbelkörper möglich gewor-

den ist. Mittels mechanischer FEM Simulationen

wurde vorgängig verifiziert, dass der Distraktor

während der Operation aufgrund der modifizier-

ten Spitze nicht brechen wird.

Resultate

Der bestehende Distraktor von Synthes wurde

analysiert auf mechanische Beanspruchungen

während einer Operation. Durch vereinfachende

Annahmen ein geeignetes mathematisches

Modell wurde ein Redesign der Distraktorspitze

vorgeschlagen und anschliessend mit Hilfe

sorgfältiger FEM Rechnungen verifiziert. Durch

die Modifikationen konnte eine bessere Signal-

qualität für die intelligenten Sensoren erreicht

werden.

Der modifizierte Distraktor wird für die klinische

Studie an der Christian-Doppler Klinik in Salz-

burg verwendet. Messungen der Steifigkeit der

Bandscheibe (zwischen Wirbel 4 und 5) vor einer

der Operation ergaben 500N/mm bei Kräften bis

zu 400 N. Nach dem bBearbeiten der Band-

scheibe wurde eine reduzierte Steifigkeit von 11

N/mm festgestellt, bei Kräften bis zu 230 N.



Martin Züger 031 332 85 77

[email protected]



Virtual Reality


Schlüsselbegriffe


sis













with the preoperative planning phase and con-

tinuing to the intra-operative surgery phase.








three years.

Resultate

Im Rahmen des auf 3 Jahre angelegten HOVIS-

SE Projektes wird die nichtlineare strukturme-

chanische Simulation gebrochener Knochen in

Verbindung mit Implantaten entwickelt.

Im Rahmen meiner Forschungstätigkeit während

der Berichtsperiode habe ich mich eingehend

mit den Möglichkeiten der Werkstoff-

Modellierung von Knochen in 3D FEM Simulati-

onen auseinander gesetzt.

Schwerpunkt meiner Tätigkeit war die prototypi-

sche Umsetzung des im Vorjahr entwickelten

Konzeptes zur FE-Topologie unabhängigen

inhomogenen Modellierung der Werkstoffeigen-

schaften aus CT Daten. Im Berichtsjahr wurden

echte Femur-Datensätze in ein FE-Modell um-

gesetzt. Dabei waren verschiedene Schritte und

Testmodelle erforderlich: Da die Originaldaten-

sätze teilweise extrem gross sind (70 Mio Punk-

te), wurden Ausschnitte generiert bzw. die Daten

mit Scriptprogrammierung ausgedünnt, damit

die geforderte prototypische Umsetzung des

Modelles möglich wurde.

Folgende beiden Modelle liegen vor und bestäti-

gen die Machbarkeit des Konzeptes


BFH-TI Forschungsauftrag 2006/2007 Berichte der … fileBerner Fachhochschule Technik und Informatik...

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