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Human Digital Twin
(2022)
Man stelle sich vor, man könnte mit Unterstützung von künstlicher Intelligenz Spielabläufe von Bundesligaspielen oder sogar ganze WM-Partien simulieren. Oder der Trainer würde die Mannschaft im Endspiel anhand von Daten über den Gegner aufstellen und entsprechend psychologisch und physiologisch verschiedene Spielertypen auf den Platz schicken (vgl. Jahn). Ist das reine Fiktion? Nicht wirklich. Bereits heute werden die Leistungen von Sportlern immer häufiger digital analysiert und bewertet. Beispielsweise hat SAP eine Plattform entwickelt, die ein digitales Datenbild von Fußballspielern erstellt (vgl. SAP). Bei der letzten WM erhielt jeder Spieler über die neue Fifa Player App kurz nach der Begegnung präzise Statistiken zu seinen Leistungen während des Spiels (vgl. FIFA). Noch bessere Informationen sollen in Zukunft virtuelle Abbilder der Fußballspieler, digitale Zwillinge, liefern. Die dafür notwendigen Daten werden mithilfe von Sensoren im Trikot, in den Schuhen oder im Ball gewonnen. Durch erfassten Bewegungs- und Positionsdaten sowie Ballkontakten entsteht ein präzises Datenbild des Spielers. Solche Simulationen, die auf einem Modell des Menschen in der digitalen Welt beruhen, erfahren derzeit große Aufmerksamkeit in Wissenschaft und Praxis (vgl. van der Valk et al.). Nicht nur in der Fußballwelt, auch in der Medizin und im Kontext von Industrie 4.0 und Produktdesign, haben digitale menschliche Zwillinge das Potenzial, zu einer Schlüsseltechnologie zu werden.
What might the attendee be able to do after being in your session?
Our work shows how to connect intra-operative devices via IEEE 11073 Service-oriented Device Connectivity (SDC).
Description of the Problem or Gap
Standardized device communication is essential for interoperability, availability of device data, and therefore for the intelligent operating room (OR) and arising solutions. The SDC standard was developed to make information from medical devices available in a uniform manner and enable interoperability. Existing devices are rarely SDC-capable and need interfaces to be interoperable via SDC.
Methods: What did you do to address the problem or gap?
We conceived an SDC-based architecture consisting of a service provider and service consumer. In our concept, the service provider is connected to the medical device and capable to translate the proprietary protocol of the device into SDC and vice versa. The service consumer is used to request or send information via the SDC protocol to the service provider and can function as a uniform bidirectional interface (e.g. for displaying or controlling). This concept was exemplarily demonstrated with the patient monitor MX800 of Philips to retrieve the device data (e.g. vital parameters) via SDC and partly for the operating light marLED X of KLS Martin Group.
Results: What was the outcome(s) of what you did to address the problem or gap?
The patient monitor MX800 was connected to a Raspberry Pi (RPi) via LAN, on which the service provider is running. The python script on the RPi establishes a connection to the monitor and translates incoming and outgoing messages from the proprietary protocol to SDC and vice versa to/from the service consumer. The service consumer is running on a laptop and acts as a simulation for different kinds of systems that want to get vital parameters or other information from the patient monitor. The operating light marLED X was connected to an RPi via USB-to-RS232. A python script on the RPi establishes a connection to the light and makes it possible via proprietary commands to get information of the light (e.g. status) and to control it (e.g. toggle the light, increment the intensity). A translation to SDC is not integrated yet.
Discussion of Results
Our practical implementation shows that medical devices can be accessed via external connections to get device data and control the device via commands. The example SDC implementation of the patient monitor MX800 makes it possible to request its data via the standardized communication protocol SDC. This is also possible for the operating light marLED X if its proprietary protocol is analyzed to be translatable to/from SDC. This would allow to control the device from an external system, or automatically depending on the status of the ongoing procedure. The advantage is, that existing intra-operative devices can be extended by a service provider which is capable of translating the proprietary protocol of the device in SDC and vice versa. This enables interoperability and an intelligent OR that, for example, is aware of all devices, their status, and data and can use this information to optimally support the surgeons and their team (e.g. provision of information, automated documentation). This interoperability allows that future innovations merely need to understand the SDC protocol instead of all vendor-dependent communication protocols.
Conclusion
Standardized device communication is essential to reach interoperability, and therefore intelligent ORs. Our contribution addresses the possibility of subsequently making medical devices SDC-capable. This may eliminate the need of understanding all the different proprietary protocols when developing new innovative solutions for the OR.
Chinas Subsahara-Afrika-Engagement : Chancen und Herausforderungen für die bayerische Wirtschaft
(2022)
Afrika ist ein attraktiver Markt, auch für bayerische Unternehmen
Die Studie zeigt die Attraktivität der Zukunftsmärkte in Subsahara-Afrika für die bayerische Wirtschaft auf. Trotz einiger Herausforderungen und aktuell noch kleinen, aber profitablen Märkten sind viele Länder der Region aufgrund ihrer enormen Wachstumsdynamik grundsätzlich attraktiv für ein geschäftliches Engagement.
Auch die Volksrepublik China hat die Bedeutung Afrikas erkannt und ist seit dem Jahr 2000 verstärkt politisch und wirtschaftlich in Afrika aktiv. Die Initiativen im Rahmen des Forum on China and African Cooperation (FOCAC) und der Belt and Road Initiative bewegten chinesische Firmen seit 2013 zu einem verstärkten Afrikaengagement, das häufig durch massive Subventionierung und politische Flankierung begleitet wird. Im Infrastrukturbereich dominieren inzwischen chinesische Unternehmen. Das sollte von nicht-chinesischen Unternehmen akzeptiert werden. Die letzte FOCAC-Konferenz in Dakar im Jahr 2021 zeigte allerdings einen deutlichen Rückgang der Kredit- und Finanzierungszusagen, was sowohl durch statistische Daten, die einen Rückgang der Finanzierungsflüsse seit 2016 verzeichnen, als auch durch die Experteninterviews bestätigt wurde.
Ein Umgang mit dem chinesischen Wettbewerb sowie Ansatzpunkte für Geschäftsbeziehungen müssen gefunden werden. Auf Basis von Experteninterviews analysiert die Studie die vielschichtigen Implikationen und Handlungsoptionen der bayerischen Wirtschaft in Subsahara-Afrika vor dem Hintergrund der chinesischen Wirtschaftspräsenz. Bei der Analyse wird grundsätzlich differenziert, ob die chinesischen Firmen Wettbewerber oder Kunden bzw. potenzielle Partner sind.
– Auf der einen Seite sind chinesische Firmen oftmals Wettbewerber. Gerade bei Infrastrukturprojekten haben sie Wettbewerbsvorteile durch den niedrigen Preis und die günstige Finanzierung, die häufig von chinesischen Banken wie der Exim-Bank bereitgestellt wird. Gleichzeitig werden die Kredite der chinesischen Banken ohne komplexe Bedingungen für die afrikanischen Regierungen bzw. Auftraggeber vergeben. Neben diesen Wettbewerbsvorteilen wurden auch Wettbewerbsnachteile identifiziert. So offenbaren Infrastrukturprojekte und chinesische Produkte häufig eine niedrige Qualität, was bei großen Infrastrukturprojekten oft ein Resultat des niedrigen Preises ist. Außerdem bieten chinesische Unternehmen nach wie vor wenige After Sales Dienstleistungen an.
– Auf der anderen Seite können chinesische Unternehmen auch Kunden und Partner bayerischer Unternehmen sein. Im Ausschreibungsgeschäft, vor allem im Infrastrukturbereich, sind die Gewinn-Chancen nicht-chinesischer Firmen maßgeblich von der Quelle der Finanzierung abhängig. Sofern China die Finanzierung bereitstellt, finden sich allenfalls Einzelfälle von Zulieferungen durch nicht-chinesische Firmen. Bei den internationalen Ausschreibungen durch die African Development Bank oder Weltbank stehen die Chancen für nicht-chinesische Firmen gut, wenn in den Entscheidungskriterien die Qualität stärker als der Preis gewichtet wird. Die besten Chancen ergeben sich durch europäische Entwicklungsbanken bzw. bei privatwirtschaftlicher Finanzierung. Daher ist es für den Geschäftserfolg wichtig, die richtigen Ausschreibungen und Finanzierungsquellen auszuwählen.
Für den vertrieblichen Erfolg beim Geschäft mit chinesischen Unternehmen in Subsahara-Afrika sollte idealerweise ein Ansatz auf vier Ebenen verfolgt werden.
– Zum einen ist eine Unternehmenspräsenz in China bei den Firmenzentralen wichtig, da dort in den meisten Fällen die Beschaffung für Projekte in Subsahara-Afrika erfolgt. Deshalb sollten bayerische Unternehmen, wenn sie in China vor Ort sind, das Afrikageschäft mit chinesischen Partnern in Gesprächen mitberücksichtigen. Dabei hilft eine eigene Tochtergesellschaft in China oder regelmäßige Besuche des Top-Managements bei bestehenden und potenziellen Partnern.
– Zum anderen ist eine Vor-Ort-Präsenz in den wichtigsten Märkten Subsahara-Afrikas aus mehreren Gründen von Vorteil. Erstens, um mit den örtlichen Niederlassungen chinesischer Baufirmen zusammenzuarbeiten.
– Zweitens bietet die Präsenz in den afrikanischen Märkten die Möglichkeit, die afrikanischen Auftraggeber – zumeist staatliche Institutionen – von den Vorteilen eines bayerischen bzw. deutschen Projektanteils zu überzeugen.
– Drittens können lokal ansässige, chinesische Händler durch eine lokale Präsenz besser von bayerischen Unternehmen adressiert werden.
Im operativen Geschäft in den Märkten Subsahara-Afrikas sollten idealerweise Mitarbeiter mit Chinaerfahrung und chinesischen Sprachkenntnissen den Vertrieb bei den chinesischen Firmen und Partnern bestreiten. Es sollten auch die entsprechenden Kommunikationsmittel, wie WeChat, verwendet werden. Zudem ist es von großer Bedeutung, ein Vertrauensverhältnis zu den chinesischen Firmen aufzubauen. Dies steigert die Chancen auf weitere geschäftliche Beziehungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Präsenz der chinesischen Firmen zu Herausforderungen für das Afrikageschäft bayerischer Unternehmen führt. Gleichzeitig eröffnen sich aber auch Geschäftspotenziale. Es ist wichtig – je nach Branche und Set-Up des Unternehmens – die erwähnten Erfolgsfaktoren zu berücksichtigen. Dann bestehen durchaus Geschäftsmöglichkeiten – sei es im Wettbewerb mit den chinesischen Unternehmen oder als Partner und Lieferant der chinesischen Firmen.
Repräsentativ zur Erkenntnis
(2022)
In einer immer komplexeren Welt wird es zunehmend schwierig, den Blick aufs große Ganze zu bewahren. Trainingsprofis können Führungskräfte und Teams dabei unterstützen -etwas mit einer speziellen Aufstellungstechnik, der prototypischen Strukturaufstellung. Kerstin Reich erklärt anhand eines Praxisbeispiels, wie sie funktioniert.
Die Gestaltung von Lernumgebungen, die unterschiedliche Lernpotenziale fordern und fördern, ist eine Kernaufgabe schulischer Bildungsprozesse. Die Frage, welche Gestaltungselemente einer Lernumgebung sich für welche Lernenden unter welchen Bedingungen als wirksam erwiesen und wie eine Implementation dieser Elemente in die Praxis gelingen kann, ist dabei von hoher Bedeutung. Ausgehend von Enrichment-Konzepten und -Materialien, die sich bisher im Rahmen eines Begabtenförderungsprogramms für Dritt- und Viertklässler als wirksam erwiesen haben, entstehen in LemaS-Teilprojekt 7 „ENRICHMINT“ Unterrichtsmaterialien, die auch im Regelweise des Teilprojekts nach dem sogenannten Design-Based Implementation Research vorgestellt und ein erstes Fazit gezogen. Außerdem werden die grundlegenden Konzepte der Unterrichtsmaterialien für den Mathematik-, Sach-, und Deutschunterricht vorgestellt und die nächsten Schritte der Arbeit des Teilprojekts skizziert.
Der Beitrag präsentiert und diskutiert zwei Studien, welche in der Primarstufe im Sachunterricht und Kunst/Werken als Fächer Kultureller Bildung durchgeführt wurden. Sie sind Teil eines Promotionsvorhabens an der Pädagogischen Hochschule Freiburg in Kooperation mit der Hochschule Reutlingen. Das Vorhaben geht der Forschungsfrage nach, inwieweit ein didaktisch-methodischer Ansatz auf Basis der Phasen und Prinzipien des Design Thinking in den Fächern Kunst/Werken und im Sachunterricht bei Kindern der Primarstufe Kreativität, kollaborative Arbeitsweise und Problemlösekompetenz als sogenannte Schlüsselkompetenzen des 21. Jahrhunderts fördern kann. Gemäß dem Bildungsplan von Baden-Württemberg werden im Sachunterricht und in Kunst/Werken prozessorientierte Kompetenzen vermittelt, welche eine hohe Übereinstimmung mit den Phasen des iterativen Design Thinking Prozesses aufweisen. Die Ergebnisse der Studien zeigen Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden Fächern und werden anhand von Grafiken präsentiert. Dabei zeigt sich, dass die Ergebnisse aus den Vorstudien im Wesentlichen bestätigt werden. Dies eröffnet die Diskussion, den didaktisch-methodischen Ansatz auf Basis des Design Thinking weiterzuentwickeln, um die kreativen Potenziale der Kinder bei der Wissensvermittlung einzubeziehen.
Purpose
Artificial intelligence (AI), in particular deep learning (DL), has achieved remarkable results for medical image analysis in several applications. Yet the lack of human-like explanations of such systems is considered the principal restriction before utilizing these methods in clinical practice (Yang, Ye, & Xia, 2022).
Methods
Explainable Artificial Intelligence (XAI) provides a human-explainable and interpretable description of the “black-box” nature of DL (Gulum, Trombley, & Kantardzic, 2021). An effective XAI diagnosis generator, namely NeuroXAI (refer to Fig. 1), has been developed to extract 3D explanations from convolutional neural networks (CNN) models of brain gliomas (Zeineldin et al., 2022). By providing visual justification maps, NeuroXAI can help make DL models transparent and thus increase the trust of medical experts.
Results
NeuroXAI has been applied to two applications of the most widely investigated problems in brain imaging analysis, i.e. image classification and segmentation using magnetic resonance imaging (MRI). Visual attention maps of multiple XAI methods have been generated and compared for both applications, which could help to provide transparency about the performance of DL systems.
Conclusion
NeuroXAI helps to understand the prediction process of 3D CNN networks for brain glioma using human-understandable explanations. Results revealed that the investigated DL models behave in a logical human-like manner and can improve the analytical process of the MRI images systematically. Due to its open architecture, ease of implementation, and scalability to new XAI methods, NeuroXAI could be utilized to assist medical professionals in the detection and diagnosis of brain tumors. NeuroXAI code is publicly accessible at https://github.com/razeineldin/NeuroXAI
The general conclusion of climate change studies is the necessity of eliminating net CO2 emissions in general and from the electric power systems in particular by 2050. The share of renewable energy is increasing worldwide, but due to the intermittent nature of wind and solar power, a lack of system flexibility is already hampering the further integration of renewable energy in some countries. In this study, we analyze if and how combinations of carbon pricing and power-to-gas (PtG) generation in the form of green power-to-hydrogen followed by methanation (which we refer to as PtG throughout) using captured CO2 emissions can provide transitions to deep decarbonization of energy systems. To this end, we focus on the economics of deep decarbonization of the European electricity system with the help of an energy system model. In different scenario analyses, we find that a CO2 price of 160 €/t (by 2050) is on its own not sufficient to decarbonize the electricity sector, but that a CO2 price path of 125 (by 2040) up to 160 €/t (by 2050), combined with PtG technologies, can lead to an economically feasible decarbonization of the European electricity system by 2050. These results are robust to higher than anticipated PtG costs.
Early exposure makes the entrepreneur: how economics education in school influences entrepreneurship
(2022)
Many countries that seek to boost their economy share the goal of promoting entrepreneurship. Whereas there is ample research on the predictors of entrepreneurship during adulthood, we know little about how pre-adulthood experience influences entrepreneurship later in life. Using a natural experiment, this paper examines whether introducing economics classes in school enhances entrepreneurial behavior in adulthood. Our difference-in-differences approach exploits curricula reforms across German states that introduced compulsory economics education classes in secondary schools. Using information on school and labor market careers for more than 10,000 individuals from 1984 to 2019, we find that the reform increases students’ entrepreneurial activities by three percentage points. Examining gender differences, we find that economics classes equally benefit female and male students. Our results advance our understanding of how pre-adulthood experiences shape individuals’ entrepreneurial behavior.
Im Kampf gegen die Ausbreitung des Corona-Virus waren flächendeckende Schulschließungen seit Ausbruch der Pandemie eine zentrale politische Maßnahme. Infolgedessen kam es zu erheblichen Lernzeiteinbußen unter allen Schüler*innen, worunter insbesondere Kinder und Jugendliche aus benachteiligten Verhältnissen immer noch leiden. Über die Auswirkungen der Corona-Pandemie auf das deutsche Bildungssystem wird diskutiert und Maßnahmen zu deren Eindämmung aufgesetzt.
User innovators follow multiple diffusion and adoption pathways for their self-developed innovations. Users may choose to commercialize their self-developed products on the marketplace by becoming entrepreneurs. Few studies exist that focus on understanding personal and interpersonal factors that affect some user innovators’ entrepreneurial decision-making. Hence, this paper focuses on how user innovators make key decisions relating to opportunity recognition and evaluation and when opportunity evaluation leads to subsequent entrepreneurial action in the entrepreneurial process. We conducted an exploratory study using a multi-grounded theory methodology as the user entrepreneurship phenomenon embodies complex social processes. We collected data through the netnography approach that targeted 18 entrepreneurs with potentially relevant differences through crowdfunding platforms. We integrated self-determination, human capital, and social capital theory to address the phenomena under study. This study’s significant findings posit that users’ motives are dissatisfaction with existing goods, interest in innovation, altruism, social recognition, desire for independence, and economic benefits. Besides, use-related experience, product-related knowledge, product diffusion, and iterative feedback positively impact innovative users’ entrepreneurial decision-making.
§ 303 Schuldenkonsolidierung
(2022)
Das Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz (LkSG) wurde verabschiedet, um die nachhaltige Bewirtschaftung internationaler Lieferketten und globaler Wertschöpfungsnetzwerke zu regeln. Hieraus stellen sich die Fragen, wie sich das LkSG auf die nachhaltige Bewirtschaftung von Lieferketten auswirken wird und mit welchen Handlungsansätzen die betroffenen Unternehmen dem LkSG entsprechen können. I.R.e. empirisch-qualitativen Forschungsarbeit liefert der Beitrag erste Antworten auf diese Fragen und gibt Handlungsempfehlungen für die Unternehmenspraxis.
Theoretical foundation, effectiveness, and design artefact for machine learning service repositories
(2022)
Machine learning (ML) has played an important role in research in recent years. For companies that want to use ML, finding the algorithms and models that fit for their business is tedious. A review of the available literature on this problem indicates only a few research papers. Given this gap, the aim of this paper is to design an effective and easy-to-use ML service repository. The corresponding research is based on a multi-vocal literature analysis combined with design science research, addressing three research questions: (1) How is current white and gray literature on ML services structured with respect to repositories? (2) Which features are relevant for an effective ML service repository? (3) How is a prototype for an effective ML service repository conceptualized? Findings are relevant for the explanation of user acceptance of ML repositories. This is essential for corporate practice in order to create and use ML repositories effectively.
The rapid development and growth of knowledge has resulted in a rich stream of literature on various topics. Information systems (IS) research is becoming increasingly extensive, complex, and heterogeneous. Therefore, a proper understanding and timely analysis of the existing body of knowledge are important to identify emerging topics and research gaps. Despite the advances of information technology in the context of big data, machine learning, and text mining, the implementation of systematic literature reviews (SLRs) is in most cases still a purely manual task. This might lead to serious shortcomings of SLRs in terms of quality and time. The outlined approach in this paper supports the process of SLRs with machine learning techniques. For this purpose, we develop a framework with embedded steps of text mining, cluster analysis, and network analysis to analyze and structure a large amount of research literature. Although the framework is presented using IS research as an example, it is not limited to the IS field but can also be applied to other research areas.
With significant advancements in digital technologies, firms find themselves competing in an increasingly dynamic business environment. Therefore, the logic of business decisions is based on the agility to respond to emerging trends in a proactive way. By contrast, traditional IT governance (ITG) frameworks rely on hierarchy and standardized mechanisms to ensure better business/IT alignment. This conflict leads to a call for an ambidextrous governance, in which firms alternate between stability and agility in their ITG mechanisms. Accordingly, this research aims to explore how agility might be integrated in ITG. A quantitative research strategy is implemented to explore the impact of agility on the causal relationship among ITG, business/IT alignment, and firm performance. The results show that the integration of agile ITG mechanisms contributes significantly to the explanation of business/IT alignment. As such, firms need to develop a dual governance model powered by traditional and agile ITG mechanisms.
Enterprises and societies currently face crucial challenges, while Society 5.0 can contribute to a supersmart society, especially for manufacturing and healthcare, and Industry 4.0 becomes important in the global manufacturing industry. Smart energy digital platforms are architected to manage energy supply efficiently. Furthermore, the above digital platforms are expected to collect various kinds of data and analyze Big Data for the trends in the sharing economy in ecosystems. The adaptive integrated digital architecture framework (AIDAF) for Design Thinking Approach with Risk Management is expected to make an alignment with digital IT strategy. In this paper, we propose that various energy management systems and related digital platforms are designed and implemented in an alignment to digital IT strategy for sharing economy toward Society 5.0, with the AIDAF framework for Design Thinking Approach with Risk Management. The vision of AIDAF applications to enable sharing economy and digital platforms is explained and extended in the context of Society 5.0. In addition, challenges and future activities for this area are discussed that cover the directions of smart energy for Society 5.0.
An autonomous vehicle is a robotic vehicle with decision and action capability capable of performing assigned tasks without or with minimal human intervention. Autonomous cars have been in development for many years. The Society of Automotive Engineers (SAE International) published in 2014 a classification in five levels of driving automation, with level 0 corresponding to completely manual driving, and level 5 to an ideal dream where the vehicle would be able to navigate entirely autonomously for all missions and in all environments. This work addressed the navigation of an autonomous vehicle in general. We focus on one of the most complex scenarios of the road network and crossing of road intersections. In this paper, the critical features of autonomous intelligent vehicles are reviewed. Furthermore, the associated problems are presented, and the most advanced solutions are derived. This article aims to allow a novice in this field to understand the different facets of localization and perception problems for autonomous vehicles.