Bionik - Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaft
von: Torsten Rossmann, Cameron Tropea
Springer-Verlag, 2005
ISBN: 9783540269489
Sprache: Deutsch
595 Seiten, Download: 13367 KB
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Bionik - Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaft
| Vorwort der Herausgeber | 7 | ||
| Vorwort von Prof. Werner Nachtigall | 9 | ||
| Inhalt | 11 | ||
| 1. Bionik | 15 | ||
| 1.1. Bionik im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich | 15 | ||
| Sprachlich beschriebene Dynamik und rekurrente Fuzzy-Systeme | 16 | ||
| 1. Motivation | 16 | ||
| 2. Logik und Fuzzy-Logik | 17 | ||
| 3. Sprachliche Modellierung intraspezifischer Konkurrenz | 18 | ||
| 4. Mathematische Modellierung intraspezifischer Konkurrenz | 19 | ||
| 5. Fuzzy-Systeme, rekurrente Fuzzy-Systeme und Automaten | 21 | ||
| 6. Chaos bei der intraspezifischen Konkurrenz | 23 | ||
| 7. Anwendungen rekurrenter Fuzzy-Systeme | 24 | ||
| 8. Sequentielle Mustererkennung in Stranggießanlagen | 25 | ||
| 9. Fazit | 28 | ||
| Adaptronik – ein technischer Ansatz zur Lösung bionischer Aufgaben | 30 | ||
| 1. Bionik und Adaptronik als wissenschaftliche Disziplinen | 30 | ||
| 2. Schnittstellen von Bionik und Adaptronik: Beispiele | 34 | ||
| 3. Zusammenfassung | 42 | ||
| Microelectronics meets Bionics | 44 | ||
| 1. The status of Microelectronics | 44 | ||
| 2. Bionic-electronics | 48 | ||
| 3. Artificial Neural Network | 60 | ||
| 4. Future contribution of Microelectronics in Bionics | 62 | ||
| Wirbelbildung hinter schlagenden Tragflächen | 64 | ||
| 1. Einleitung | 64 | ||
| 2. Material und Methode | 69 | ||
| 3. Erste Ergebnisse und Ausblick | 72 | ||
| Infobionik – Entwurf einer menschzentrierten Benutzerschnittstelle | 75 | ||
| 1. Einführung | 75 | ||
| 2. Motivation und Einordnung | 77 | ||
| 3. Vision | 80 | ||
| 4. Grundlagen | 83 | ||
| 5. Probleme | 86 | ||
| 6. Verwandte Ansätze | 90 | ||
| 7. Ausblick | 91 | ||
| Neurobionik – Prothetik, Biohybride und intelligente Algorithmen | 93 | ||
| 1. Einleitung | 93 | ||
| 2. Neuroprothetik | 94 | ||
| 3. Hybridtechnologie | 97 | ||
| 4. Intelligente Algorithmen aus der Natur | 98 | ||
| Animal attachments: Minute, manifold devices. Biological variety – Basic physical mechanisms – A challenge for biomimicking technical stickers | 105 | ||
| 1. Introduction | 105 | ||
| 2. Classical descriptions, mainly in insects | 106 | ||
| 3. Examples of recent investigations | 114 | ||
| 4. General biological aspects and technical use | 120 | ||
| Bionik im Bauwesen | 135 | ||
| 1. Einleitung | 135 | ||
| 2. Arten der Bionik | 137 | ||
| 4. Ein Beispiel für die Anwendung von Evolutionären Algorithmen anhand der Optimierung von Fassadensystemen – ein bionischer Ansatz | 147 | ||
| Laufbewegungen bei Roboter, Tier und Mensch: Analyse, Modellierung, Simulation und Optimierung | 156 | ||
| 1. Einführung | 157 | ||
| 2. Grundlagen der vier- und zweibeinigen Fortbewegung | 157 | ||
| 3. Dynamik des Laufens bei Robotern | 160 | ||
| 4. Dynamik des Laufens bei Tier und Mensch | 163 | ||
| 5. Integration von Sensorik und Motorik | 165 | ||
| 6. Zusammenfassung und Ausblick | 166 | ||
| Literatur | 168 | ||
| Ein bionisches neuronales Netz zur Periodizitätsanalyse | 170 | ||
| 1. Motivation | 170 | ||
| 2. Das auditorische System | 171 | ||
| 3. Ein neuronales Netz zur zeitlichen Periodizitätsanalyse | 173 | ||
| 3.3. Modellierung des auditorischen Systems bis zum PAN-Modell | 177 | ||
| 3.4. Die PAN-Simulation | 180 | ||
| 4. Simulation mit dem PAN-Modul | 192 | ||
| 5. Ergebnisse | 193 | ||
| 6. Ausblick – Bionische Neuronale Netze | 195 | ||
| 1.2. Bionik im gesellschafts- und wirtschafts- wissenschaftlichen Bereich | 199 | ||
| Zirkulierende Körperstücke, zirkulierende Körperdaten: Hängen Biopolitik und Bionik zusammen? | 200 | ||
| 1. Bionik und – „Biopolitik“? | 200 | ||
| 2. Ambivalenz der Bionik | 201 | ||
| 3. Was ist unter Biopolitik zu verstehen? | 203 | ||
| 4. Und die Bionik? | 213 | ||
| 5. Antwort und Schluss | 215 | ||
| Was ist TechnoWissenschaft? – Zum Wandel der Wissenschaftskultur am Beispiel von Nanoforschung und Bionik | 217 | ||
| 1. Einführung | 218 | ||
| 2. Wissenschaftskultur | 219 | ||
| 3. Perspektivenwechsel | 221 | ||
| 4. TechnoWissenschaftskultur | 222 | ||
| 5. Das Interesse der TechnoWissenschaft | 224 | ||
| Bionik und Interdisziplinarität | 227 | ||
| 1. Einführung | 227 | ||
| 2. Interdisziplinarität und Philosophie | 228 | ||
| 3. Horizontale Zirkulationen in der Bionik – wissenschaftstheoretische Aspekte | 235 | ||
| 4. Traditionslinien der Zirkulationstheorie – das Beispiel der Nachahmungsthese | 241 | ||
| 5. Vertikale Zirkulationen in der Bionik – am Beispiel der Chaosbionik | 244 | ||
| 6. Perspektiven | 249 | ||
| Technologie- und marktorientierte Entwicklung von Bionik-Produkten | 254 | ||
| 1. Problemstellung | 254 | ||
| 2. Technologie- und Marktorientierung als Leitidee des Innovationsmanagements | 256 | ||
| 3. Einordnung der Bionik in das Technologie- und Innovationsmanagement | 257 | ||
| 4. Kompetenz im Management von Bionik-F&E-Netzwerken | 259 | ||
| 5. Technologiemanagement im Innovationsfeld Bionik | 262 | ||
| 6. Produkt- und Prozessentwicklung in der Bionik | 266 | ||
| 7. Fazit | 271 | ||
| Industriedesign für nachhaltige Produkte, was bringt Bionik? | 273 | ||
| 1. Gestaltung/Industriedesign | 273 | ||
| 2. Nachhaltiges Wirtschaften | 277 | ||
| 3. Industriedesign ist komplexe Optimierung | 279 | ||
| 4. Designqualität, was ist das? | 281 | ||
| 5. Produktbeispiele mit bionischem Aspekt | 285 | ||
| 6. Gibt es Bionik-Design-Produkte? | 288 | ||
| 1.3. Didaktik und Methodik der Bionik | 289 | ||
| Lectus CV – „Bionik trifft Adaptive Ergonomie“ | 290 | ||
| 1. Eine Vision | 290 | ||
| 2. Das Konzept | 291 | ||
| 3. Fazit | 295 | ||
| Interdisziplinarität: „Kritisches“ Bildungsprinzip in Forschung und Lehre | 296 | ||
| 1. Vorbemerkung zum „Credo“ der Bionik: Natur-Technik- Interdisziplinarität | 296 | ||
| 2. Interdisziplinarität – Zur Karriere eines Begriffs | 300 | ||
| 3. Blicke auf das Begriffsfeld: Typen und Auffassungen von Interdisziplinarität | 303 | ||
| 4. Zwischen Kritik und Funktion: Zur wissenschaftssystematischen Ortsbestimmung von Interdisziplinarität | 305 | ||
| 5. Die „kritische“ Bildungsfunktion von Interdisziplinarität in Forschung (Wissenschaftsentwicklung) und Lehre (Bildung der Studierenden) | 310 | ||
| 6. Anfragen zur interdisziplinären Theorie und Praxis an das Bionik-Projekt | 314 | ||
| Naturorientierte Innovationsstrategie – Entwickeln und Konstruieren nach biologischen Vorbildern | 317 | ||
| 1. Einleitung | 317 | ||
| 2. Natürliche Konstruktionen als Vorbilder | 319 | ||
| 3. Zielbestimmung/Lösungsfindung unter bionischen Aspekten | 322 | ||
| Die Untersuchung des Lokomotionsapparates von Fischen mit der ‘Transduktions-Methode’ | 327 | ||
| 1. Einführung | 327 | ||
| 2. Bewegungen von Fischen und Fisch-Antrieben | 330 | ||
| 3. Der innere Aufbau eines Fisch-Körpers | 331 | ||
| 4. Beschreibung der Transduktions-Methode | 334 | ||
| 5. Zusammenfassung | 339 | ||
| "Biomechanical Animal Design" – ein neues Praktikums-Modell | 341 | ||
| 1. Einführung | 341 | ||
| 2. Ablauf des Praktikums "Biomechanical Animal Design" | 343 | ||
| 3. Zusammenfassung | 350 | ||
| 4. Fazit | 350 | ||
| 2. Biomedizintechnik | 352 | ||
| Titan in der Gelenk- und Zahnprothetik: Verschleiß und Ermüdung als lebensdauerbegrenzende Faktoren | 353 | ||
| 1. Einführung | 354 | ||
| 2. Verschleiß von Gelenkprothesen | 357 | ||
| 3. Ermüdung von Dentalimplantaten | 365 | ||
| 4. Ausblick | 371 | ||
| Tieftemperaturkonservierung lebender Bioproben – Kryotechnologieplattform für die Biotechnologie und Medizin | 375 | ||
| 1. Wunschtraum der Medizin | 375 | ||
| 2. Langzeitlagerung von Zellen | 377 | ||
| 3. Kryokonservierung ist kein natürlicher Prozess | 378 | ||
| 4. Anforderungen der Biotechnologie und Medizin | 381 | ||
| 5. Notwendigkeit moderner Kryotechnologieplattformen | 382 | ||
| 6. Beispiele für eine neue Kryotechnologie-plattform | 383 | ||
| 7. Modernste Kryobank im Saarland | 388 | ||
| 8. Lebendsammlungen – Wirtschafts- und Forschungsressourcen von morgen | 390 | ||
| 9. Ausblick | 392 | ||
| Mikro-Elektromechanische-Systeme in der Medizintechnik - Projektkanon am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) | 395 | ||
| 1. Einleitung | 396 | ||
| 2. Minimal-Invasive Chirurgie – Geschichte und Hintergründe | 396 | ||
| 3. Simulatoren in der MIC – Selbstverständliches wird wieder entdeckt | 398 | ||
| 4. Schläuche und Drähte als Schienen – Kathetertechnologie ist Zukunft | 399 | ||
| 5. Tasten im Körper | 400 | ||
| 6. Miniaturroboter zur Dick- und Dünndarmuntersuchung | 401 | ||
| 7. Druckmessung – Bedeutung für den Menschen | 403 | ||
| Tumortherapie mit Ionenstrahlen | 411 | ||
| 1. Einleitung | 411 | ||
| 2. Physikalische Vorteile von Ionenstrahlen | 412 | ||
| 3. Erhöhte biologische Wirksamkeit | 416 | ||
| 4. PET Verifikation | 419 | ||
| 5. Klinische Ergebnisse Darmstädter Kohlenstoff Therapie | 419 | ||
| 6. Perspektive und weltweite Einbindung der Ionentherapie | 421 | ||
| Analyse und Repräsentation akustischer Signale im Hörsystem | 424 | ||
| 1. Periodizität, eine wichtige Eigenschaft von Kommunikationssignalen | 424 | ||
| 2. Die Frequenzanalyse im Innenohr | 427 | ||
| 3. Die zeitliche Analyse im Hörsystem | 428 | ||
| 4. Orthogonalität von Tonotopie und Periodotopie im Colliculus inferior | 433 | ||
| 5. Repräsentation zeitlicher Information im Hörcortex | 436 | ||
| 6. Bedeutung der zeitlichen Analyse für die Musikwahrnehmung | 437 | ||
| 7. Schlussfolgerung | 438 | ||
| Mit Stammzellen und Tissue Engineering zu Netzhautimplantaten | 440 | ||
| 1. Stammzellbiologie und Tissue Engineering gehören zusammen | 441 | ||
| 2. Ohne Stammzellen kein Lebendzellersatz | 442 | ||
| 3. Embryonale oder adulte Stammzellen? | 442 | ||
| Funktionelle Behandlung von Kreuzbandverletzungen als Beispiel für angewandte bionische Medizin | 451 | ||
| 1. Einleitung | 451 | ||
| 2. Funktionelle Anatomie | 452 | ||
| 3. Unfallmechanismus und Diagnostik | 453 | ||
| 4. Funktionelle Behandlung | 455 | ||
| 5. Rehabilitation | 457 | ||
| 6. Ausblick: Allografts, bioaktive Substanze und Navigation | 458 | ||
| 7. Diskussion | 460 | ||
| Ion channels as functional components in sensors of biomedical information | 463 | ||
| 1. Introduction | 463 | ||
| 2. Biosensing properties of ion channels | 464 | ||
| 3. Heart beat and cyclic nucleotides: | 464 | ||
| 4. ATP and insulin secretion | 465 | ||
| 5. The activity of ion channels can be measured | 465 | ||
| 6. Ion channel activity assay | 469 | ||
| 7. Ion channels and bio-engineering | 470 | ||
| 8. Viral channels as toolbox | 473 | ||
| 9. The viral K+ channel Kcv is a very small homolouge of eukaryotic K+ channels | 474 | ||
| 10. Just a few changes in the primary amino acid structure result in dramatic changes in the performance of the Kcv channel protein | 475 | ||
| 11. Outlook | 476 | ||
| Neuronale Mechanismen der Entstehung von Tinnitus | 479 | ||
| 1. Was ist Tinnitus? | 480 | ||
| 2. Wo entsteht Tinnitus? | 480 | ||
| 3. Wie lässt sich ein subjektiver Tinnitus objektiv nachweisen? | 484 | ||
| 4. Wie entsteht die Tinnitusaktivität? | 490 | ||
| 5. Spielen Lernvorgänge für die Manifestierung von Tinnitus eine Rolle? | 491 | ||
| 6. Modell zur zentralen Tinnitusentstehung | 492 | ||
| 7. Simulation des Tinnitusmodells | 494 | ||
| 3. Biomechanik | 498 | ||
| Magnetrezeption bei Brieftauben | 499 | ||
| 1. Einführung | 500 | ||
| 2. Die Magnetfeldrezeption unter magnetischen Gesichtspunkten | 503 | ||
| 3. Struktur möglicher Magnetsinnesorgane | 505 | ||
| 4. Rezeptorphysiologische Prozesse bei der Magnetfeldrezeption | 507 | ||
| 5. Die Modellstruktur im Taubenschnabel (Abb. 1) | 508 | ||
| 6. Subzelluläre Komponenten und Struktur der Magnetithaltigen Dendriten | 509 | ||
| Mechanical stress as the main factor in skull design of the fossil reptile Proterosuchus (Archosauria) | 514 | ||
| 1. Introduction | 514 | ||
| 2. Methods | 515 | ||
| 3. Description | 518 | ||
| 4. Discussion | 522 | ||
| Biodynamische Modellierung des Menschen – Anwendung ingenieurwissenschaftlicher Methoden auf das biologische System Mensch | 526 | ||
| 1. Strukturdynamik – was ist das? | 526 | ||
| 2. Schwingungen in der Natur – Ansätze für die Bionik | 527 | ||
| 3. Biodynamik – Schwingungsverhalten des Menschen | 527 | ||
| Neue Prüfkonzepte für Primärstabilität und Dauerfestigkeit mandibulärer Osteosynthesesysteme sowie für mathematische Modelle des Kausystems | 540 | ||
| 1. Einleitung | 541 | ||
| 2. Stand der Technik | 541 | ||
| 3. Entwicklung eines multifunktionalen Prüfaufbaus | 542 | ||
| 4. Stabilitätsvergleich von Osteosynthesesystemen (Reintitan vs. Formgedächtnismaterial) | 548 | ||
| 5. Ergebnisse | 550 | ||
| 6. Diskussion | 552 | ||
| 7. Zusammenfassung | 553 | ||
| 8. Ausblick | 554 | ||
| Prinzipien und Merkmale gelungener Bewegungen | 558 | ||
| 1. Einleitung | 558 | ||
| 2. Qualitative Merkmale gelungener Bewegungen | 559 | ||
| 3. Optimierungsfunktionen | 560 | ||
| 4. Ökonomie- und Effizienzkriterien | 562 | ||
| 5. Simulationen auf der Grundlage der Optimierungsfunktionen und Segmentarbeit | 563 | ||
| 6. Biomechanische Prinzipien | 566 | ||
| 7. Zusammenfassung und Ausblick | 570 | ||
| Langfristige Verankerung künstlicher Gelenke – kann das gut gehen? | 572 | ||
| 1. Anatomie und Physiologie der Gelenke | 573 | ||
| 2. Endoprothesen | 577 | ||
| 3. Primär- und Sekundärstabilität | 578 | ||
| 4. Prothesenkonstruktionen und ihre Berechnung | 579 | ||
| 5. Ausblick | 588 | ||
| Autorenverzeichnis | 590 |