Herztest mit App: Auswertung

 Trial&error, spielerisch, bei Fitnessband und Android-Apps. Das mit Abstand beste Ergebnis bei Herzrhytmus-Störungen brachte die Aufzeichnung der Durchblutung einer warmen(!) Fingerkuppe mit der Kamera und der eingebauten seitlichen Beleuchtung des Smartphones. 

Ansatz für die Auswertung der Aufzeichnung der Durchblutung bietet die gezeigte Kurve. Die zeitlichen Abstände des Anstiegs der Durchblutung werden aus dem Ausdruck des Screenshots entnommen und als Histogramm aufgetragen.

In diesem Histogramm ist der Abstand zwischen den steilsten Stellen des Anstiegs im Sreenshot in mm mit der Zahl des Intervalls aufgetragen. Es ergibt sich eine enge Verteilung um den Wert 9. Es fällt dabei auf, dass Paare von abweichenden Werte abgelesen wurden. Fasst man diese Paare als Artefakte der Messung und Ablesung zusammen und trägt sie mit ihrem Mittelwert auf, so erhältman das folgende Histogramm:

Es ergibt sich ein im Rahmen der Messgenauigkeit perfektes Histogramm der Durchblutung beim Wert 9, das auf einen sehr regelmässigen Herzschlag hinweist mit einem von der App angezeigten (Ruhe-) Puls von 56, der die Warnung Bradykardie und reduzierte Kondition auslöst.

Es ist zu wünschen, dass die App diese Histogramme selbst erstellt und gegebenenfalls daraus Warnhinweise ermittelt. Ich werde dies den Entwicklern meiner App mitteilen. 

CC Creative Commons (BY)(SA)(NC) 

 

Codismus Anhang 5

 Codismus, quo vadis? 

Ich habe mit dem Codismus erst nur schlichte Computergraphik, Strichzeichnungen, mehr oder weniger. Hommage à Frieder Nake https://de.m.wikipedia.org/wiki/Frieder_Nake , der zwei Jahre nach mir ein paar Kilometer entfernt von meinem Gymnasium sein Abi gemacht hat, der dann in Stuttgart bei denselben Professoren wie ich studiert hat.

Meinen Codismus, ein reines, diletantisches Gebilde, habe ich dann in Richtung der Bildbearbeitung weiter getrieben. Dann mit dem Helix-Haus in Richtung Architektur bewegt. Und all dies immer auf dem Boden von schlichtem BASIC-Code mit mathematischen und grafischen Befehlen. Immer mit dem Ziel, minimalistisch und mit möglichst wenigen lines of code auszukommen. Die mathematische Funktion und der Grafik-Befehl mussten sichtbar bleiben.

Vor kurzem habe ich über MATLAB https://de.m.wikipedia.org/wiki/Matlab und MATHEMATICA recherchiert. Mächtige Gebilde, hohe Sprachen. Und phantastisch leistungsfähig. Auch sehr gut für minimalistischen Code geeignet. Aber, Sprachgenerationen hinter meinem  „Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code“, BASIC, dem ich in verschiedenen Dialekten je nach Betriebssystem treu blieb. 

Ich habe das Gefühl gewonnen, dass Codismus in vielen Sprachen gepflegt werden kann. Wenn ich mit BASIC nicht mehr weiter komme werde ich das angehen.

Seilbrücke2

 Ein ganz anderer Ansatz als für Seilbrücke1 wird für Seilbrücke2 gewählt. Im Gegensatz zu Seilbrücke1, die minimalistisch zum Selbstbau gedacht ist, startet Seilbrücke2 einen Innovationsversuch. Mit einem ganz anderen Vorgehen: erst das Sammelsurium von Bildern bei Google ansehen, daraus sortieren, dann ein Ziel festlegen, lernen aus der Vielfalt, schließlich eine neue Idee daraus für das Ziel zu entwickeln. Habe ich jetzt eine Aufgabe für AI beschrieben, die ich mit NI (Natural I) angehen will?

Das ausgesuchte Ziel ist eine vor allem für Touristen interessante Brücke an einem szenischen Ort. Es finden sich heute viele Brücken dieser Art, die als Ingenieurbauten aus Stahl bezeichnet werden können. Soweit andere Baustoffe verwendet werden, dienen sie mehr oder weniger der Verzierung: Holz-Laufflächen statt Stahl oder gar Laufflächen aus Sicherheitsglas fallen auf. Ein ganz wesentliches Merkmal dieser Ingenieurbauten sind seitliche Abspannungen der flexiblen Konstruktion um Schwankungen bei der Benutzung oder Schwingungen durch Wind zu bekämpfen. Beide  können Probleme bereiten, da sie sich Schwingungen aufschaukeln können. Bei den Konstruktionen sind keine Teile zu erkennen, welche die Schwinungen dämpfen, zum Beispiel durch Reibung. Daher müssen die Freiheitsgrade für die unerwünschten Schwingungen bei den Ingenieurbauten beschränkt werden, zum Beispiel durch Abspannungen. 

Die Gruppe der sogenannten Inkabrücken, die mit verschiedenen Naturfasern gebaut sind und offensichtlich damit auch in Stand gehalten werden, zeigen keine solchen Abspannungen. Sicher haben sie schon deshalb wenig Probleme mit Schwingungen, weil sie kürzer sind. Die zweite Vermutung ist, dass die Bauweise mit vielen natürlichen Fasern bei Biegung viel innere Reibung aufweisen, die diese Schwingungen ausreichend dämpfen, indem sie deren Energie durch Reibung in Wärme umwandeln.

HIer ist die Idee: man baut eine Seilbrücke leicht und ästhetisch schlank mit grosser Spannweite und Durchhängung, bei der man durch Reibungselemente die Energie der Schwankungen, die mit  der Verformung verbunden sind, aufnimmt und in Wärme umwandelt, und damit die Schwingungen dämpft. Dazu muss man erst mal überlegen, welche Schwingungen störend auftreten, welche Verformung des flexiblen Baus damit einhergehen, dann dämpfende Elemente für diese Verformung möglichst unauffällig einfügt. Am besten wird man einige Ansätze dazu rechnerisch simulieren, gestützt durch Modellversuche. Besonders ästhetisch erschiene mir, wenn dies durch den Einsatz von natürlichen Materialien in der Konstruktion erfolgen könnte (und nicht durch Ketten von Stossdämpfern). Dämpfende Elastomere könnten dafür auch konstruktiv weniger auffällig eingesetzt werden.

Klassisch mathematisch ist das Problem einer schwingenden Seilbrücke schwer zu lösen, insbesondere mit Massnahmen zur Dämpfung. Ein Blick auf das animierte Rechenergebnis einer gezupften Saite ohne Dämpfung liefert jedoch ein recht gutes Modell für Dämpfungsmassnahmen: Die Auslenkung läuft der Saite entlang, wird am Ende reflektiert und läuft zum gegenüberliegenden Ende und so weiter hin und her. Damit werden zwei Ansatzpunkte für die Dämpfung klar: die laufende Knickpunkt bedingt eine Krümmung der Saite, diese muss zu Energieverlust führen. Die Aufhängung an den Ende muss den selben "Feldwellenwiderstand" nachbilden, wodurch eine Reflexion vermieden wird. Wie setzt man diese Erkenntniss für die Seilbrücke um? Für den Energieverlust bei Krümmung in der Quasi-Horizontalen bietet sich an, die Laufflächen aus zwei überlappenden Holzlagen zu gestalten, deren Krümmung zu einer dämpfenden Reibung zwischen den Lagen führt. Schwieriger und ohne Modellversuche wohl nicht umsetzbar ist die Vermeidung einer Reflexion an der Aufhängung an den Enden. Gegen die horizontalen Schwingungen, das Schaukeln einer langen, durchhängenden Seilbrücke muss die Aufhängung am Ende horizontal, beispielsweise durch Rollen, beweglich sein und im einfachsten Fall, angenähert durch Federn, die Reflexion einer sprunghaften Auslenkung minimiert werden. Zu deren Bemessung kann statisch überprüft werden, dass der Widerstand gegen eine Auslenkung sich bei einer Annäherung an das Ende nicht vergrössert, wie das bei einer unbeweglichen Halterung der Fall wäre.

Wie weiter? Recherchieren im WWW: https://www.studocu.com/de/document/karlsruher-institut-fuer-technologie/wellenphaenomene-in-der-physik/mitschriften/01-skript-wellenphaenomene-in-der-physik/3883148/view liefert eine mathematische Darstellung für Seilwellen. Und beschreibt den Wellenwiderstand

Z=(Kraft, mit der das Seil gespannt ist * Massenbelegung des Seils)ˆ0,5

Ohne auf den Bau eines "Wellenwiderstands" an den Enden des Seils einzugehen, er wird in der zitierten Literatur als Dämpfer bezeichnet, macht die Formel für den Wellenwiderstand klar, dass eine feste, statische Lösung für den Wellenwiderstand einer langen, schlanken Seilbrücke mit wechselnder Belegung durch Personen nicht zum Ziel führt, Schwingungen durch wechselnde Winde, Belegungen und Bewegungen der Last sicher zu unterdrücken. Daher ist die Aufhängung der Seilbrücke an den Enden nur mit einer immer in Betrieb befindlichen aktiven Einrichtung zu betreiben, die im schwierigsten Fall in drei Achsen in der Lage ist, den Seilkräften horizontal, vertikal und longitunal entgegen zu wirken. Dies kann mit einer Servoeinrichtung mit Elektromotoren wahrscheinlich erreicht werden, in Verbindung mit Dämpfer für höherfrequente Kräfte. Das heisst, man lässt Bewegungen der Seilbrücke verschiedener Art zu, die dann an den Enden mit zeitlich veränderlichen Kräften aufgenommen und in die Ruhelage zurückgeführt werden. Oder? Weiter hilft hier sicher die Fahrzeugtechnik mit ihren aktiven und semiaktiven Dämpfungssystemen im Fahrwerk.

Klingt nach einer veritablen Herausforderung. Und damit ist wohl wieder vivat pontifex angebracht.

Seilbrücke1

Seilbrücken für Fussgänger gehören zu meinen Denkwürmern. Denkwurm wie Ohrwurm. Sie besitzen eine zweifache Herausforderung, wie viele andere Brückenkonstruktionen. Zum einen beim Bau und Abbau, zum anderen bei der Funktion, die Ästhetik mit eingeschlossen. https://de.m.wikipedia.org/wiki/Seilbr%C3%BCcke

Die Seilbrücke1 besteht minimal aus zweiTragseilen oder Bändern und Tritten. Die Tritte sind im einfachsten Fall Seilschlaufen zwischen den Tragseilen. Ihr Bau kann mit dem Spannen von zwei Tragseilen beginen, möglichst gleich endgültig in Verankerung und Durchhängung oder Spannung. Da sie als Handlauf dienen müssen sie ausreichend dick oder breit sein. Die als Tritte dienenden Schlaufen werden von einer Seite her in den Tragseilen hängend aufgebaut.

Für schnelle Versuche mit Bäumen als Anker gut geeignet erscheinende Tragseile dürften mit Slacklines zu machen sein, die mit 25 mm Breite und bis 30 m Länge käuflich sind, in der Regel samt Spannvorrichtung wie Ratsche oder Flaschenzug und Baumschutz. Mit geprüften Slacklines dürfte auch die Sicherheit gewährleistet sein. Allemal sind bei einem gespannten Tragseil höhere Belastungen als bei einm durchhängendenzu berücksichtigen. Die Trittschlaufen können aus einer langen Reepschnur mit Achterknoten im Zickzack um die Slacklines geknotet werden. Für eine einfache Nutzung und einen Ab- und Wiederaufbau ist es günstig, die Trittschlaufen durch ein verknotetes und gespanntes dünnes Halteseil unter den Tragseilen längs zu fixieren.

Ich verzichte hier bewusst im ersten Entwurf auf eine Skizze oder gar ein Modell zur Ergänzung der Beschreibung. 

Seilbrücken werden durch eine Lauffläche und Schwingungsdämpfung leichter benutzbar und sicherer. Im einfachsten Fall wird eine Lauffläche aus verbundnen Stöcken oder Brettern in die Trittschlaufen eingelegt. Soweit hier die Lauffläche nicht ausreichend dämpfend wirkt sind äussere Spannseile mit einem "Reibungsnetz" anzubringen. 

Zur Ästhetik: Werden die Seile und Bänder aus einem Material, das harmoniert gestaltet, so dürfte die Ästhetik durch die einfachste Konstruktion zu befriedigen sein.

Vivat pontifex.

Helix-House 4: Sustainability

Building is responsible for about 8% of the CO2 emissions in the world, even growing, if fossiles burning is reduced by the rise of renewables. The making of cement produces CO² by the reduction of limestone and the heating to initiate the reduction. If  fossile fuels for heating are replaced by green H² , still the CO² from the reduction remains. In the best case this is clean enough to be used by other chemical processes. So we should get rid of the mass use of caementum which enabled for 2000 years wonderful architecture from the dome of the Pantheon to the Villa Savoye or even Ronchamps from Le Corbusier. 

Going back to the elder, naturally growing materials of as wood and materials made from it, is not necessarily a continuation of the architecture with concrete as dominant material. We should use the opportunity to reinvent as much as possible an architecture of wood  and wood composite materials, as https://de.m.wikipedia.org/wiki/Holzbau indicates. A specific challenge for wood seems to bee the construction of high buildings as https://de.m.wikipedia.org/wiki/HoHo_Wien and https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mj%C3%B8st%C3%A5rnet  Mjostarnet indicate. They demonstrate the technology of wood-concrete or wood alone to build high commercal buildings, but no new architecture. Another example of similiar, unspecific, hidden use of wood as material are the widespread wood-framed  private homes in North Amarica. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Building_material#Wood_and_timber . These are not specific buildings representing specific wood technology as for example, the historic Fachwerkhäuser in Europe. As "beton brut" we should be in search of "wood brut". This was one of the main ideas in my first helix-house projekt "Museum", hommage a Frank Lloyd Wright Guggenheim New York.

Coming back to my present helix-house I am convinced, that this an useful idea for a specific wood building. And I am convinced, that the german and austrian community for Holzbau will create with ideas like this a new "School for Holzbau" with worldwide influence. In the tradition of the Athens Charta, to solve the living requirements with big Unitees d'habitation, I could envision, that big wooden buildings could contribute a lot to the solution of sustainable living in the rising Megacities of Africa.

Digitalhaus statt Bauhaus-Neuaufguss

Es ist ein immer wieder geträumter Traum: ein neues Bauhaus, ein Neuaufguss, um den Erfolg der Ikone zu wiederholen.

Wir brauchen das nicht.

Was wir brauchen ist kein Bau-, sondern ein Digitalhaus. Ich habe nach einigen Ansätzen dazu vor zwei Tagen gewittert: das Bauhaus hatte Materialien wie Stein, Holz... Gewebe als innersten Ring in seinem Programm. Ziel im Zentrum: Bau. Beim Digitalhaus könnten Hardware, Software, Communication, Human Interface und Digital Economics an ihrer Stelle stehen. Ziel im Zentrum: Applikation.

Die didaktischen Bereiche des Programms beim Digitalhaus würden sich an der best practice mit Lehre und Labor der Welt orientieren. Entscheidend ist das Ziel: Applikation. Das müssen Dinge sein, die in Deutschland und der EU für den Weltmarkt heute gebraucht werden oder für die morgen ein Markt zu erwarten ist. Als wichtiges Feld führe ich beispielhaft das Smart Car an. Dazu gehört alles vom Betrieb und der Bedienung des Vehikels über Unerlässliches wie Navigation und Kommunikation bis hin zur Unterhaltung. Einen ersten Wurf dazu zeigt die Avantgarde Tesla, dem VW und andere mit eigenem (?) Profil folgen werden.

Ein weiteres wichtiges Feld der Applikation wird die Kommunikation sein, die in diesem Monaten durch die Pandemie einen starken Impuls bekommen hat: Telekooperation, Konferenzen, die mit künstlicher Intelligenz wir jenseits von Zoom eine virtuelle, dynamische Gruppe mit wechselnden Gesprächspartnern bieten.

Wie kann das Digitalhaus entstehen? Nach dem historischen Vorbild Bauhaus braucht es einen Mann oder eine Frau, welche die Rolle des Gropius einnimmt mit den vielen Facetten seiner Persönlichkeit, vorndran Vision und Charisma. Diese Persönlichkeit wird einen Mäzen finden, wie die Stadt Weimar im Aufbruch oder Dessau im Ausbau. Sie wird die Klippen, welche die HfG Ulm scheitern ließen, umschiffen.

Wie sehr ich das Deutschland und der EU wünsche!

 

Helix-House: 3.Design Principles

The basic idea of the design principle used for the helix-house relies on the application of a computer code for graphics to develop the main construction of the building.This may be considered as a fundamental change versus the square and cube-based conventional design. Therefore the design based on computer graphics and coding with mathematical functions seem to be more complicated and abstract. It is indeed loaded with coding, debugging and running the computer graphics program compared to the drawing of rectangels on paper or by the aid of a computer. However the interactive coding, drawing and evaluating the graphic result opens your mind to a higer level creativity. That is the point, you increase your creativity by coding. Your creativity has two levels, the code level and the graphic output level. I admit, you need some training to get satisfiying results. I personally developped this creative method since decades first as computer art, later named digital art and refined to my purpose as Codism or Codismus, described it in other posts in Steinblog. The method of Codism is with the facilities of trial and error beyond the drawing of the main construction of the building a mighty creative tool from the footprint of the building to details of the construction. 

To apply the principle of Codism to the design of a Helix-House we use harmonic functions as the Sine and Cosine function in the graphics program. We demonstrate this by the minimalistic program in a Basic language for Windows MS SmallBasic shown below.

This is the final Graphic output achieved by a video sequence by the code shown, published under htttp://smallbasic.com/program/RRK765 

As the graphics show only the helix building we continue drawing outside and inside:

The code is published http://smallbasic.com/program/PLC074 . To get an impression of  the power of this method, a hands on experience is required. As first step an installation of smallbasic on MS Windows may be used, implementing the codes 

To design a building, the steps coding and drawing are iterated to find the result required. It uses the ideas of Codismus I posted in my Steinblog. This is a fundamentally new approach or recipe in architecture beyond the common practice of square and cube basied design or imagination as, homage to Frank Lloyd Wright, the Guggenheim museum. It could be classified as a succesfull inspiration by nature, a snail house. Onother approach, e.g. used by Antonio Gaudi for the Sagrada Familia cathedral , is the use of mathematical models as catenaries.

To demonstrate the power of Codism as creative tool we apply it to find more interesting  footprints for a helix-house than the circle in our first example. 

In this study we modify the radius ra of the outside of the helix-house by a form factor "form" in steps from 0 to 2, where 0 is the circle use in our first example. The frequency of our harmonic function for modification is called multiple. We choose Sin^2 for the harmonic function and a multiple of 1. The resulting drawing shows how the circle is streched to the left and right. If we would use a multiple of 1.5 we would get a threefold increase of the radius to a three-leaf clover footprint.

To demonstrate the result we draw a helix-house with the widest form 2 as above, based on the following code:

This is the helix house with the three-leaf clover footprint, achieved by using multiple=1.5 only.

This closes the chapter on the design principles of the helix-house scheme in short.