Decision‐Making in Public Good Dilemmas: Theory and Agent‐Based Simulation

In many real world contexts individuals find themselves in situations where they have to decide between options of behaviour that serve a collective purpose or behaviours which satisfy one’s private interests, ignoring the collective. In some cases the underlying social dilemma (Dawes, 1980) is solved and we observe collective action (Olson, 1965). In others social mobilisation is unsuccessful. The central topic of social dilemma research is the identification and understanding of mechanisms which yield to the observed cooperation and therefore resolve the social dilemma. It is the purpose of this thesis to contribute this research field for the case of public good dilemmas. To do so, existing work that is relevant to this problem domain is reviewed and a set of mandatory requirements is derived which guide theory and method development of the thesis. In particular, the thesis focusses on dynamic processes of social mobilisation which can foster or inhibit collective action. The basic understanding is that success or failure of the required process of social mobilisation is determined by heterogeneous individual preferences of the members of a providing group, the social structure in which the acting individuals are contained, and the embedding of the individuals in economic, political, biophysical, or other external contexts. To account for these aspects and for the involved dynamics the methodical approach of the thesis is computer simulation, in particular agent-based modelling and simulation of social systems. Particularly conductive are agent models which ground the simulation of human behaviour in suitable psychological theories of action. The thesis develops the action theory HAPPenInGS (Heterogeneous Agents Providing Public Goods) and demonstrates its embedding into different agent-based simulations. The thesis substantiates the particular added value of the methodical approach: Starting out from a theory of individual behaviour, in simulations the emergence of collective patterns of behaviour becomes observable. In addition, the underlying collective dynamics may be scrutinised and assessed by scenario analysis. The results of such experiments reveal insights on processes of social mobilisation which go beyond classical empirical approaches and yield policy recommendations on promising intervention measures in particular.

Facilitating folding of outer membrane proteins, roles of the periplasmic chaperone Skp and the outer membrane lipoprotein BamD

This thesis describes several important advancements in the understanding of the assembly of outer membrane proteins of Gram-negative bacteria like Escherichia coli. A first study was performed to identify binding regions in the trimeric chaperone Skp for outer membrane proteins. Skp is known to facilitate the passage of unfolded outer membrane proteins (OMPs) through the periplasm to the outer membrane (OM). A gene construct named “synthetic chaperone protein (scp)” gene was used to express a fusion protein (Scp) into the cytoplasm of E. coli. The scp gene was used as a template to design mutants of Scp suitable for structural and functional studies using site-directed spectroscopy. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) was used to identify distances in Skp-OmpA complexes that separate regions in Scp and in outer membrane protein A (OmpA) from E. coli. For this study, single cysteine (Cys) mutants and single Cys - single tryptophan (Trp) double mutants of Scp were prepared. For FRET experiments, the cysteines were labeled with the tryptophan fluorescence energy acceptor IAEDANS. Single Trp mutants of OmpA were used as fluorescence energy donors. In the second part of this thesis, the function of BamD and the structure of BamD-Scp complexes were examined. BamD is an essential component of the β-barrel assembly machinery (BAM) complex of the OM of Gram-negative bacteria. Fluorescence spectroscopy was used to probe the interactions of BamD with lipid membranes and to investigate the interactions of BamD with possible partner proteins from the periplasm and from the OM. A range of single cysteine (Cys) and single tryptophan (Trp) mutants of BamD were prepared. A very important conclusion from the extensive FRET study is that the essential lipoprotein BamD interacts and binds to the periplasmic chaperone Skp. BamD contains tetratrico peptide repeat (TPR) motifs that are suggested to serve as docking sites for periplasmic chaperones such as Skp.

Simulation von Trocknungsprozessen empfindlicher biologischer Güter unter Berücksichtigung instationärer Randbedingungen

Bei der Auslegung von Trocknungsprozessen empfindlicher biologischer Güter spielt die Produktqualität eine zunehmend wichtige Rolle. Obwohl der Einfluss der Trocknungsparameter auf die Trocknungskinetik von Äpfeln bereits Gegenstand vieler Studien war, sind die Auswirkungen auf die Produktqualität bisher kaum bekannt. Die Untersuchung dieses Sachverhalts und die Entwicklung geeigneter Prozessstrategien zur Verbesserung der Qualität des resultierenden Produkts, waren das Ziel der vorliegenden Arbeit. In einem ersten Schritt wurden zunächst umfangreiche stationäre Grundlagenversuche durchgeführt, die zeigten, dass eine Lufttemperatur im höheren Bereich, eine möglichst hohe Luftgeschwindigkeit und eine niedrige Taupunkttemperatur zur geringsten Trocknungszeit bei gleichzeitig guter optischer Qualität führt. Die Beurteilung dieser Qualitätsveränderungen erfolgte mit Hilfe einer neu eingeführten Bezugsgröße, der kumulierten thermischen Belastung, die durch das zeitliche Integral über der Oberflächentemperatur repräsentiert wird und die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse entscheidend verbessert. Im zweiten Schritt wurden die Ergebnisse der Einzelschichtversuche zur Aufstellung eines numerischen Simulationsmodells verwendet, welches sowohl die entsprechenden Transportvorgänge, als auch die Formveränderung des Trocknungsgutes berücksichtigt. Das Simulationsmodell sowie die experimentellen Daten waren die Grundlage zur anschließenden Entwicklung von Prozessstrategien für die konvektive Trocknung von Äpfeln, die die resultierende Produktqualität, repräsentiert durch die Produktfarbe und –form, verbessern und gleichzeitig möglichst energieeffizient sein sollten. In einem weiteren Schritt wurde die Übertragbarkeit auf den industriellen Maßstab untersucht, wobei die entsprechenden Prozessstrategien an einer neu entwickelten, kostengünstigen Trocknungsanlage erfolgreich implementiert werden konnten. Das Ziel einer verbesserten Produktqualität konnte mit Hilfe unterschiedlicher instationärer Trocknungsschemata sowohl am Einzelschichttrockner, als auch im größeren Maßstab erreicht werden. Das vorgestellte numerische Simulationsmodell zeigte auch bei der Vorhersage des instationären Trocknungsprozesses eine hohe Genauigkeit und war außerdem in der Lage, den Trocknungsverlauf im industriellen Maßstab zuverlässig voraus zu berechnen.

BioJADE: A Design and Simulation Tool for Synthetic Biological Systems

The next generations of both biological engineering and computer engineering demand that control be exerted at the molecular level. Creating, characterizing and controlling synthetic biological systems may provide us with the ability to build cells that are capable of a plethora of activities, from computation to synthesizing nanostructures. To develop these systems, we must have a set of tools not only for synthesizing systems, but also designing and simulating them. The BioJADE project provides a comprehensive, extensible design and simulation platform for synthetic biology. BioJADE is a graphical design tool built in Java, utilizing a database back end, and supports a range of simulations using an XML communication protocol. BioJADE currently supports a library of over 100 parts with which it can compile designs into actual DNA, and then generate synthesis instructions to build the physical parts. The BioJADE project contributes several tools to Synthetic Biology. BioJADE in itself is a powerful tool for synthetic biology designers. Additionally, we developed and now make use of a centralized BioBricks repository, which enables the sharing of BioBrick components between researchers, and vastly reduces the barriers to entry for aspiring Synthetic Biologists.

The Kineticist's Workbench: Combining Symbolic and Numerical Methods in the Simulation of Chemical Reaction Mechanisms

The Kineticist's Workbench is a program that simulates chemical reaction mechanisms by predicting, generating, and interpreting numerical data. Prior to simulation, it analyzes a given mechanism to predict that mechanism's behavior; it then simulates the mechanism numerically; and afterward, it interprets and summarizes the data it has generated. In performing these tasks, the Workbench uses a variety of techniques: graph- theoretic algorithms (for analyzing mechanisms), traditional numerical simulation methods, and algorithms that examine simulation results and reinterpret them in qualitative terms. The Workbench thus serves as a prototype for a new class of scientific computational tools---tools that provide symbiotic collaborations between qualitative and quantitative methods.

Towards Grid-Wide Modeling and Simulation

Modeling and simulation permeate all areas of business, science and engineering. With the increase in the scale and complexity of simulations, large amounts of computational resources are required, and collaborative model development is needed, as multiple parties could be involved in the development process. The Grid provides a platform for coordinated resource sharing and application development and execution. In this paper, we survey existing technologies in modeling and simulation, and we focus on interoperability and composability of simulation components for both simulation development and execution. We also present our recent work on an HLA-based simulation framework on the Grid, and discuss the issues to achieve composability.

Numerical Simulation of Electroosmotic Flow with Step Change in Zeta Potential

Electroosmotic flow is a convenient mechanism for transporting polar fluid in a microfluidic device. The flow is generated through the application of an external electric field that acts on the free charges that exists in a thin Debye layer at the channel walls. The charge on the wall is due to the chemistry of the solid-fluid interface, and it can vary along the channel, e.g. due to modification of the wall. This investigation focuses on the simulation of the electroosmotic flow (EOF) profile in a cylindrical microchannel with step change in zeta potential. The modified Navier-Stoke equation governing the velocity field and a non-linear two-dimensional Poisson-Boltzmann equation governing the electrical double-layer (EDL) field distribution are solved numerically using finite control-volume method. Continuities of flow rate and electric current are enforced resulting in a non-uniform electrical field and pressure gradient distribution along the channel. The resulting parabolic velocity distribution at the junction of the step change in zeta potential, which is more typical of a pressure-driven velocity flow profile, is obtained.

Lecture on Carrier Communications Simulation

Discusses the influence of Nyquist sampling theory on carrier communication simulations.

Assignment on Carrier Communications Simulation

Simulation of AM, QAM, complex QAM, 4QAM and 16QAM carrier communication schemes in Matlab.

Evaluation of the effectiveness of an organization in the field of brand perception using a computer agent-based simulation system

Este proyecto de investigación busca usar un sistema de cómputo basado en modelación por agentes para medir la percepción de marca de una organización en una población heterogénea. Se espera proporcionar información que permita dar soluciones a una organización acerca del comportamiento de sus consumidores y la asociada percepción de marca. El propósito de este sistema es el de modelar el proceso de percepción-razonamiento-acción para simular un proceso de razonamiento como el resultado de una acumulación de percepciones que resultan en las acciones del consumidor. Este resultado definirá la aceptación de marca o el rechazo del consumidor hacia la empresa. Se realizó un proceso de recolección información acerca de una organización específica en el campo de marketing. Después de compilar y procesar la información obtenida de la empresa, el análisis de la percepción de marca es aplicado mediante procesos de simulación. Los resultados del experimento son emitidos a la organización mediante un informe basado en conclusiones y recomendaciones a nivel de marketing para mejorar la percepción de marca por parte de los consumidores.

Análisis del modelo de Internacionalización de e-Tech Simulation según la teoría de redes

La teoría de redes de Johanson y Mattson (1988) explica como las pequeñas empresas, también conocidas como PyMes, utilizan las redes de negocio para desarrollar sus procesos de internacionalización. Es así que a través de las redes pueden superar sus limitaciones de tamaño para encontrar cierto tipo de fluidez y dinamismo en su gestión, con el fin de aprovechar los beneficios de la internacionalización. A partir del desarrollo y fortalecimiento de las relaciones dentro de la red la organización puede posicionarse en una instancia competitiva cada vez más fuerte (Jarillo, 1988). Según Forsgren y Johanson (1992), para los gerentes es importante coordinar la interacción entre los diferentes actores de la red, ya que a través de estas su posición dentro de la red mejora y así mismo el flujo de recursos será mayor. El propósito de este trabajo es analizar el modelo de internacionalización según la teoría de redes, desde una perspectiva cultural, de e-Tech Simulation una PyME “Born to be global” norteamericana. Esta empresa ha minimizado su riesgo de internacionalización, a través del desarrollo de acuerdos entre los diferentes actores. Al mejorar su posición dentro de la red, es decir al fortalecer aún más los lazos existentes y crear nuevas relaciones, la empresa ha obtenido mayores beneficios de la misma y ha logrado ser aún más flexible con sus clientes. Es por esto que a partir de este análisis se planteó una serie de recomendaciones para mejorar los procesos de negociación dentro de la red, bajo un contexto cultural. De igual forma se evidencio la importancia del papel del emprendimiento del gerente en los procesos de internacionalización, así como su habilidad para mezclar los recursos obtenidos de diferentes mercados internacionales para satisfacer las necesidades de los clientes.

Simulation d'une machine de lecture optique à l'usage des aveugles. 'Simulación de una máquina de lectura óptica para los ciegos'.

Estudio preliminar para la construcción de una máquina que sea capaz de reconocer la letra impresa para su uso por parte de invidentes. Establecen unos métodos de reconocimiento que tratan un mínimo de información con un nivel de reconocimiento aceptable y con el objetivo de que el aparato resultante sea lo más económico posible. El sistema, desde la introducción de la información luminosa hasta la salida en braille, fue simulado en un ordenador. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios: con una pequeña cámara de captación de informaciones luminosas, conteniendo aproximadamente 50 elementos fotorreceptores, se obtiene más de un 90 por ciento de reconocimiento, y esto independientemente de la velocidad de desplazamiento de la cámara con relación al texto y con una muestra de datos de calidad bastante mediocre. Suponen que los excelentes resultados obtenidos son aún mejorables y que con este estudio previo y los resultados obtenidos va a permitirles ahora, realizar la construcción definitiva de la máquina.