• Prof. Dr. Andreas Möller

Prof. Dr. Andreas Möller

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Prof. Dr. Andreas Möller

Arduino


Es heißt, Arduino sei eine König in Ivrea, Italien, im Mittelalter gewesen. Andere behaupten, dass Arduino eine Studentenkneipe gewesen ist, als Arduino für studentische Projekte des Interaction Design Institute Ivrea (IDII) entwickelt worden ist. Heute steht Arduino für ein Hardware/Software-Paket, das es erlaubt, sehr einfach einen Microcomputer um Sensoren (Temperatur, Bewegung, Energieverbrauch etc.) auszustatten, Aktoren wie Leuchtdioden oder Relais (z.b. als Schalter zu Ein- und Ausschalten von 240V-Leitungen) zu ergänzen und zu programmieren. Dazu besteht die Arduino Hardware (Arduino UNO) aus einem USB-Anschluss zum Anschluss an ein Laptop (benötigt man für das Programmieren), einem Anschluss für Spannungsversorgung und vor allem vielen Input- und Outputanschlüsse für die Sensoren und Aktoren. Das besondere Merkmal von Arduino ist, dass es für Studenten im Bereich Interactive Design entwickelt worden ist. NICHT vorausgesetzt werden Hard- und Softwarekenntnisse, es ist auch nicht notwendig zu wissen, wie man Hardware aufbaut ("löten"). Im Vordergrund stehen kreative computerbasierte Lösungen für verschiedenste Lebensbereiche wie Wohnen, Arbeit, Mobilität, Kunst. Das fängt an bei einfachen Blicklichtern, Energieverbrauchsmessungen, Master/Slave-Schaltern, einfachen Robotern... Im Internet finden sich zahlreiche Beispiele, was man alles mit diesen kleinen Microcomputern machen kann (vgl. http://www.arduino.cc/en/). In einer letzten Phase des Seminars werden Fragen der Zukunft der Gesellschaft und Nachhaltigkeit behandelt (Open Source und Open Hardware, Maker-Communities in der Gesellschaft, Green IT usw.).

Ziel: Im Vordergrund steht der kreative Umgang mit moderner Technik. Das urspüngliche Anwendungsfeld, das Interaction Design, dient uns als Vorbild. Gleichwohl werden, nebenläufig, eine Reihe wichtiger Erfahrungen gemacht: anfassbare Hardware, deren Aufbau man nachvollziehen kann, Grundkenntnisse auf dem Gebiet der Elektronik (Anschluss einer Leuchtdiode), Entwickeln kleiner Programme, die dann auf der Hardware laufen. Der erste Teil der Veranstaltung dient dazu, die StudentInnen in die Lage zu versetzen, die zur Verfügung gestellte Hardware um einfache Sensoren und Aktoren zu erweitern und in einfachen Programmen zu nutzen. Dazu sollen so genannte Starter-Kits zur Verfügung gestellt werden, die alles Notwendige dafür enthalten (vgl. http://shop.fritzing.org/collections/all/products/fritzing-starter-kit-with-arduino-uno). Der zweite Teil dient dann der Realisierung studentischer Projekte. Diese können sein: Energiesparen mit Arduino, Heimautomatisierung, innovative Anzeigen (ggf. mit Servos),...

Operating Systems - An Introduction


Man kennt sie von den Abkürzungen iOS oder Android: Betriebssysteme – und dennoch ist weitgehend unklar, was da passiert und warum man sie überhaupt benötigt. Kurzdefinitionen und Lexikoneinträge geben einige Hinweise: es gehe um das Zusammenspiel von Hard- und Software, gemeinsame Funktionen usw. Das klingt in der Tat langweilig. Und trotzdem haben wir es bei der Gestaltung des Zusammenspiels von Hard- und Software mit Treibern zu tun, welche die Welt verändern.

Früher ging es beim Zusammenspiel um merkwürdige neue Artefakte – Software nämlich – und ebenso merkwürdige Hardware, etwa Floppylaufwerke. Heute ist mit Hardware fast alles gemeint, das wir gestalten und beeinflussen können: vom Telefon über den Kühlschrank bis hin zum Pkw. Die klassischen Formen des Computers sind nur noch eine Form der Computers und zudem im Verschwinden begriffen. Stattdessen wird vieles, das uns umgibt, auch zum Computer.

Mitgestaltung heißt in dem Zusammenhang, dass man sowohl Hardware als auch Software gestaltet. Mehrere Veranstaltungen werden anhand kleiner Beispiele zeigen, wie Software Hardware steuert und umgekehrt.

Ziel: Im Seminar wollen wir uns mit der Funktionsweise und den Potentialen des Zusammenspiels von Hard- und Software befassen. Das ist immer wieder ein Hin und Her zwischen den Grundlagen, die aus den 1960er- und 1970er-Jahren stammen, den Veränderungen, die heute angeschoben werden, und den Potentialen für die Zukunft. Neben den zentralen Funktionseinheiten von Betriebssystemen interessieren uns daher insbesondere auch aktuelle Entwicklungen. So kommt es immer wieder vor, dass wir wie in den 1970er Jahren mit der Kommandozeile der Betriebssysteme arbeiten und dabei mit aktuellen Entwicklungen und Potentialen hantieren.

Diese aktuellen Entwicklungen und Potentiale sind dann auch Gegenstand der Beiträge studentischer Gruppen. Das können Experimente mit der eigenen Cloud, kleine Komponenten für das Smart Home, Docker-Container, einfach Webserver usw. sein, je nach Interesse. Es geht uns um beispielhafte Mitgestaltung unserer digitalen Infrastrukturen.

Das sollen keine Überlegungen sein, nach dem Motto „man müsste mal“. Vielmehr wird den Arbeitsgruppen eine Box mit Hard- und Software zur Verfügung gestellt. Diese Box enthält einen Raspberry Pi, eine SD-Karte (als Quasi-Festplatte), Netzkabel, Netzteil und diverse Kleinteile (LEDs, Taster u.ä.). Auf der SD-Karte befindet sich das Betriebssystem Linux vorinstalliert. Sie haben damit Ihr eigenes Betriebssystem zur Verfügung, mit dem Sie je nach Lust und Laune experimentieren können. Sollte das Ganze nicht mehr funktionieren wollen, kein Problem. Die SD-Karte wird einfach wieder mit dem Betriebssystem bespielt.

Die Mitarbeit in den Veranstaltungen ist dann auch sehr speziell. Wir bauen nämlich regelmäßig ein kleines Netzwerk auf, alle Raspberry Pis und auch die Notebooks der Arbeitsgruppen verbinden sich mit diesem Netz. Damit simulieren wir die Situation der Nutzung von Großcomputern aus den 1970er Jahren (nur dass unsere „Großrechner“ die Raspis zum Preis von knapp 40 Euro sind). Die Notebooks werden dabei zu Terminals, die mit den Raspberry Pis verbunden sind. Spezielle Bildschirme und Tastaturen benötigen wir also nicht. Die Raspberry Pis werden – wie man so schön sagt – „headless“ betrieben.

Falls Sie sich ohnehin mit bestimmten Themen in dem Feld befassen wollen (etwa Micro-Services, Docker-Container, Alexa-Skills), können Sie sich gern einbringen.

Life Cycle Assessment (LCA) & Material Flow Analysis (MFA)


Material Flow Analysis (MFA) and Life Cycle Assessment serve as frameworks that integrate different modeling and simulation approaches (calculation methods). The main challenge of calculation procedures in the field of MFA (and other tools for environmental modeling) is to solve equations numerically.

The modeling and simulation approaches comprise two steps or tasks: (1) the specification of a system of equations and (2) the calculation of solutions. Software tools provide support for both tasks. They provide an appropriate user interface (e.g. direct manipulation of objects and properties instead of equations) and a calculation engine (solvers).

Different strategies to specify and to solve equations are required: (1) Systems of linear algebraic equations (efficiency analyses like cost accounting or life cycle assessment), (2) System of non-linear algebraic equations (steady state in material and energy flow systems), (3) Systems of ordinary differential equations (dynamics of stocks).

So, core topics of the seminar are:

+ Application of solution methods for linear equations,

+ Approaches to solving sets of nonlinear equations,

+ MFA & LCA as accounting systems for material and energy flows and stock

+ Assessment of environmental impacts of products, services and decisions

Ziel: "A model is an abstraction of reality" (Wainwright, Mulligan 2003). We are interested in future-oriented immaterial formal models (cf. the "need to look into the future" (Wainwright, Mulligan 2003) in sustainability sciences). In these models, observation or data collection must be replaced by specification and calculation. The purpose of the seminar is to introduce the basic ideas behind those approaches.

Life Cycle Assessment & Material Flow Analysis can be considered as application domains for different strategies: calculation of carbon footprints, assessment of global environmental impacts of products and services, flow rates (material and energy flows per period), stocks and stock dynamics,...

Sustainability, Digital Media and Information Society


Main focus of the seminar in this semester is on technology assessments in the field of smart home and internet of things. These key words describe a new dimension of human computer interaction (e.g. Alexa or Siri), new forms of technology-based communication and interpersonal relationships. Whereas smartphones, tablets and other devices and well as Facebook and WhatsApp caused obvious and significant changes in our lifeworld, the internet of things stands for rather subtle development: electronic appliances with internet access, personal wireless LED lighting, amazon echo, smart metering etc. The technology provides means to increase energy and resource efficiency. On the other hand, IoT involves data privacy and ethical issues (tracking, surveillance. profiling,…).

Ziel: At the beginning, we want to introduce into basic technologies and approaches. The second part examines possible impacts in different dimensions: on the social construction of reality, data privacy and open data, and sustainable development.

Komplexe Systeme transformieren I - Ressource efficiency


Die Veranstaltung arbeitet praktisch an der Thematik der Ressourceneffizienz. Ressourceneffizienz erweist sich dabei als eine Herausforderung, die inter- und transdisziplinär bearbeitet werden muss. Wie bereits im ersten Minor-Semester deutlich geworden ist, sind sozial-, natur- und ingenieurwissenschaftliche Komponenten zusammengeführt werden. Das zeigt bereits die Schwerpunkte:

* die Vermeidung von Abfällen in den Wertschöpfungsketten (oft stellt man mit großen Aufwand hochwertige Vorprodukte her, die dann am Ende verschwendet werden); hier kommt etwa das Material Flow Cost Accounting zum Einsatz, um das finanzielle Ausmaß der Verschwendung zu quantifizieren: Was kostet es, verschwenderisch zu sein?

* das Schließen von Kreisläufen; dadurch werden neue Gleichgewichte geschaffen (Was wird im Kreislauf geführt? Was muss ersetzt werden?); Recycling wird gern gefordert, unklar bleibt dann, was es genau bringt;

* das Etablieren neuer Wertschöpfungsketten durch neue Produkte und Dienstleistungen oder durch neue Technik; hier werden der gewünschte Nutzen (Funktion) durch neue Produkte, Dienstleistung und Verfahren erbracht; es stellt sich die Frage, was das bringt.

Ziel: Ziel sind praktische Kenntnisse zur Modellierung von Stoff- und Energieströmen, so dass das Verhältnis von Produkten und Dienstleistungen auf der einen Seite (Nutzen) und Ressourceneinsatz auf der anderen abgeschätzt werden kann. Das schließt auch Emission und sich daraus ergebende Umweltbelastungen mit eine (e.g Global Warming Potential).

Dabei soll pragmatisch vorgegangen werden, d.h. wir starten direkt mit der Modellierung von Prozessen und Wertschöpfungsketten, und wir arbeiten uns in die dazu notwendige IT-Unterstützung ein.

Einige einführende Beispiele dienen dazu, den Einstieg zu finden. Man könnte von Schulung sprechen. Schrittweise wird es dann auch darum gehen, dass in den Arbeitsgruppen weitere Beispiele auszuarbeiten.

Die den Ansätzen zugrundeliegenden Methoden und theoretischen Grundlagen werden dann später bedarfsgerecht nachgereicht. Diese sind: Material Flow Analysis (MFA), Life Cycle Assessment (LCA) und Material Flow Cost Accounting (MFCA).

Die StudentInnen werden in die Lage versetzt, auch in dem Bereich eine Abschlussarbeit zu planen.

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