Investigation of the lithium ion mobility in cyclic model compounds and their ion conducting properties

Efficient energy storage and conversion is playing a key role in overcoming the present and future challenges in energy supply. Batteries provide portable, electrochemical storage of green energy sources and potentially allow for a reduction of the dependence on fossil fuels, which is of great importance with respect to the issue of global warming. In view of both, energy density and energy drain, rechargeable lithium ion batteries outperform other present accumulator systems. However, despite great efforts over the last decades, the ideal electrolyte in terms of key characteristics such as capacity, cycle life, and most important reliable safety, has not yet been identified. rnrnSteps ahead in lithium ion battery technology require a fundamental understanding of lithium ion transport, salt association, and ion solvation within the electrolyte. Indeed, well-defined model compounds allow for systematic studies of molecular ion transport. Thus, in the present work, based on the concept of ‘immobilizing’ ion solvents, three main series with a cyclotriphosphazene (CTP), hexaphenylbenzene (HBP), and tetramethylcyclotetrasiloxane (TMS) scaffold were prepared. Lithium ion solvents, among others ethylene carbonate (EC), which has proven to fulfill together with pro-pylene carbonate safety and market concerns in commercial lithium ion batteries, were attached to the different cores via alkyl spacers of variable length.rnrnAll model compounds were fully characterized, pure and thermally stable up to at least 235 °C, covering the requested broad range of glass transition temperatures from -78.1 °C up to +6.2 °C. While the CTP models tend to rearrange at elevated temperatures over time, which questions the general stability of alkoxide related (poly)phosphazenes, both, the HPB and CTP based models show no evidence of core stacking. In particular the CTP derivatives represent good solvents for various lithium salts, exhibiting no significant differences in the ionic conductivity σ_dc and thus indicating comparable salt dissociation and rather independent motion of cations and ions.rnrnIn general, temperature-dependent bulk ionic conductivities investigated via impedance spectroscopy follow a William-Landel-Ferry (WLF) type behavior. Modifications of the alkyl spacer length were shown to influence ionic conductivities only in combination to changes in glass transition temperatures. Though the glass transition temperatures of the blends are low, their conductivities are only in the range of typical polymer electrolytes. The highest σ_dc obtained at ambient temperatures was 6.0 x 10-6 S•cm-1, strongly suggesting a rather tight coordination of the lithium ions to the solvating 2-oxo-1,3-dioxolane moieties, supported by the increased σ_dc values for the oligo(ethylene oxide) based analogues.rnrnFurther insights into the mechanism of lithium ion dynamics were derived from 7Li and 13C Solid- State NMR investigations. While localized ion motion was probed by i.e. 7Li spin-lattice relaxation measurements with apparent activation energies E_a of 20 to 40 kJ/mol, long-range macroscopic transport was monitored by Pulsed-Field Gradient (PFG) NMR, providing an E_a of 61 kJ/mol. The latter is in good agreement with the values determined from bulk conductivity data, indicating the major contribution of ion transport was only detected by PFG NMR. However, the μm-diffusion is rather slow, emphasizing the strong lithium coordination to the carbonyl oxygens, which hampers sufficient ion conductivities and suggests exploring ‘softer’ solvating moieties in future electrolytes.rn

Integrazione di algoritmi di visione basati su flusso ottico per il controllo di un velivolo senza pilota

Il lavoro svolto in questa tesi si colloca nell’area della robotica aerea e della visione artificiale attraverso l’integrazione di algoritmi di visione per il controllo di un velivolo senza pilota. Questo lavoro intende dare un contributo al progetto europeo SHERPA (Smart collaboration between Humans and ground-aErial Robots for imProving rescuing activities in Alpine environments), coordinato dall’università di Bologna e con la compartecipazione delle università di Brema, Zurigo, Twente, Leuven, Linkopings, del CREATE (Consorzio di Ricerca per l’Energia e le Applicazioni Tecnologiche dell’Elettromagnetismo), di alcune piccole e medie imprese e del club alpino italiano, che consiste nel realizzare un team di robots eterogenei in grado di collaborare con l’uomo per soccorrere i dispersi nell’ambiente alpino. L’obiettivo di SHERPA consiste nel progettare e integrare l’autopilota all’interno del team. In tale contesto andranno gestiti problemi di grande complessità, come il controllo della stabilità del velivolo a fronte di incertezze dovute alla presenza di vento, l’individuazione di ostacoli presenti nella traiettoria di volo, la gestione del volo in prossimità di ostacoli, ecc. Inoltre tutte queste operazioni devono essere svolte in tempo reale. La tesi è stata svolta presso il CASY (Center for Research on Complex Automated Systems) dell’università di Bologna, utilizzando per le prove sperimentali una PX4FLOW Smart Camera. Inizialmente è stato studiato un autopilota, il PIXHAWK, sul quale è possibile interfacciare la PX4FLOW, in seguito sono stati studiati e simulati in MATLAB alcuni algoritmi di visione basati su flusso ottico. Infine è stata studiata la PX4FLOW Smart Camera, con la quale sono state svolte le prove sperimentali. La PX4FLOW viene utilizzata come interfaccia alla PIXHAWK, in modo da eseguire il controllo del velivolo con la massima efficienza. E’ composta da una telecamera per la ripresa della scena, un giroscopio per la misura della velocità angolare, e da un sonar per le misure di distanza. E’ in grado di fornire la velocità di traslazione del velivolo, e quest’ultima, integrata, consente di ricostruire la traiettoria percorsa dal velivolo.

Structural analysis of the major lightharvesting complex II by electron paramagnetic resonance (EPR) : comparison between monomers and trimers

Der Haupt-Lichtsammenkomplex II (LHCII) höherer Pflanzen ist das häufigsternMembranprotein der Welt und in die chloroplastidäre Thylakoidmembran integriert. DerrnLHCII kann als Modellsystem genutzt werden, um die Funktionsweise vonrnMembranproteinen besser zu verstehen, da 96 % seiner Struktur kristallografisch aufgelöstrnist und er in rekombinanter Form in vitro rückgefaltet werden kann. Hierbei entsteht einrnvoll funktionaler Protein-Pigment.Komplex, der nahezu identisch mit der in vivo Varianternist.rnElektronenparamagnetischen Resonanz (EPR) Spektroskopie ist eine hoch sensitive undrnideal geeignete Methode, um die Strukturdynamik von Proteinen zu untersuchen. Hierzurnist eine ortsspezifische Markierung mit Spinsonden notwendig, die kovalent an Cysteinernbinden. Möglich wird dies, indem sorgfältig ausgewählte Aminosäuren gegen Cysteinerngetauscht werden, ohne dass die Funktionsweise des LHCII beeinträchtigt wird.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurden die Stabilität des verwendeten Spinmarkers und diernProbenqualität verbessert, indem alle Schritte der Probenpräparation untersucht wurden.rnMithilfe dieser Erkenntnisse konnte sowohl die Gefahr einer Proteinaggregation als auchrnein Verlust des EPR Signals deutlich vermindert werden. In Kombination mit derrngleichzeitigen Etablierung des Q-Band EPR können nun deutlich geringer konzentrierternProben zuverlässig vermessen werden. Darüber hinaus wurde eine reproduzierbarernMethode entwickelt, um heterogene Trimere herzustellen. Diese bestehen aus einemrndoppelt markierten Monomer und zwei unmarkierten Monomeren und erlauben es, diernkristallografisch unvollständig aufgelöste N-terminale Domäne im monomeren undrntrimeren Assemblierungsgrad zu untersuchen. Die Ergebnisse konnten einerseits diernVermutung bestätigen, dass diese Domäne im Vergleich zum starren Proteinkern sehrrnflexibel ist und andererseits, dass sie in Monomeren noch mobiler ist als in Trimeren.rnZudem wurde die lumenale Schleifenregion bei unterschiedlichen pH Werten undrnvariierender Pigmentzusammensetzung untersucht, da dieser Bereich sehr kontroversrndiskutiert wird. Die Messergebnisse offenbarten, dass diese Region starre und flexiblerernSektionen aufweist. Während der pH Wert keinen Einfluss auf die Konformation hatte,rnzeigte sich, dass die Abwesenheit von Neoxanthin zu einer Änderung der Konformationrnführt. Weiterführende Analysen der strukturellen Dynamik des LHCII in einerrnLipidmembran konnten hingegen nicht durchgeführt werden, da dies eine gerichteternInsertion des rückgefalteten Proteins in Liposomen erfordert, was trotz intensiverrnVersuche nicht zum Erfolg führte.

Studio ed implementazione di algoritmi per la navigazione inerziale di velivoli autonomi ad ala rotante

I sistemi di navigazione inerziale, denominati INS, e quelli di navigazione inerziale assistita, ovvero che sfruttano anche sensori di tipo non inerziale come ad esempio il GPS, denominati in questo caso INS/GPS, hanno visto un forte incremento del loro utilizzo soprattutto negli ultimi anni. I filtri complementari sfruttano segnali in ingresso che presentano caratteristiche complementari in termine di banda. Con questo lavoro di tesi mi sono inserito nel contesto del progetto SHERPA (Smart collaboration between Humans and ground-aErial Robots for imProving rescuing activities in Alpine environments), un progetto europeo, coordinato dall'Università di Bologna, che prevede di mettere a punto una piattaforma robotica in grado di aiutare i soccorritori che operano in ambienti ostili, come quelli del soccorso alpino, le guardie forestali, la protezione civile. In particolare è prevista la possibilità di lanciare i droni direttamente da un elicottero di supporto, per cui potrebbe essere necessario effettuare l'avvio del sistema in volo. Ciò comporta che il sistema di navigazione dovrà essere in grado di convergere allo stato reale del sistema partendo da un grande errore iniziale, dal momento che la fase di inizializzazione funziona bene solo in condizioni di velivolo fermo. Si sono quindi ricercati, in special modo, schemi che garantissero la convergenza globale. Gli algoritmi implementati sono alla base della navigazione inerziale, assistita da GPS ed Optical Flow, della prima piattaforma aerea sviluppata per il progetto SHERPA, soprannominata DreamDroneOne, che include una grande varietà di hardware appositamente studiati per il progetto, come il laser scanner, la camera termica, ecc. Dopo una panoramica dell'architettura del sistema di Guida, Navigazione e Controllo (GNC) in cui mi sono inserito, si danno alcuni cenni sulle diverse terne di riferimento e trasformazioni, si descrivono i diversi sensori utilizzati per la navigazione, si introducono gli AHRS (Attitude Heading Rference System), per la determinazione del solo assetto sfruttando la IMU ed i magnetometri, si analizza l'AHRS basato su Extended Kalman Filter. Si analizzano, di seguito, un algoritmo non lineare per la stima dell'assetto molto recente, e il sistema INS/GPS basato su EKF, si presenta un filtro complementare molto recente per la stima di posizione ed assetto, si presenta un filtro complementare per la stima di posizione e velocità, si analizza inoltre l'uso di un predittore GPS. Infine viene presentata la piattaforma hardware utilizzata per l'implementazione e la validazione, si descrive il processo di prototipazione software nelle sue fasi e si mostrano i risultati sperimentali.

Konstruktion und Inbetriebnahme eines kompakten 3-He-Polarisators

Im Jahr 1996 wurde die erste Aufnahme der menschlichen Lunge in einem Kernspintomographen unter Benutzung des hyperpolarisierten Edelgases ³He als Kontrastgas veröffentlicht. Es folgten zahlreiche medizinische Studien mit diesem neuen Lungenbildgebungsverfahren. Als Konsequenz aus dem steigenden Bedarf an hyperpolarisiertem ³He wurde am Institut für Physik der Universität Mainz ein ³He-Polarisator entwickelt, der die Versorgung dieser Studien mit polarisiertem Gas gewährleistet. Für den Fall jedoch, dass die Lungenbildgebung mit hyperpolarisiertem ³He in die medizinische Praxis übernommen wird, wären die Produktionskapazitäten der bestehenden Anlage nicht mehr ausreichend. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein kompaktes System zum Polarisieren von ³He direkt am Einsatzort entwickelt, welches als eine Art Industrieprodukt in beliebiger Stückzahl nachgebaut werden kann. So steht nun ein kompakter, mobiler ³He Polarisator zur Verfügung, dessen Produktionsrate in der Größenordnung eines Standardliters (1 l, 1 bar, Raumtemperatur) pro Stunde bei einer Polarisation von > 60% liegt.

Phosphonsäurehaltige polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe für Anwendungen in Brennstoffzellen

Die vorliegende Arbeit umfasst die Synthese und Charakterisierung phosphonsäurehaltiger, organischer Kristalle als ionenleitende Verbindungen in Brennstoffzellen-Anwendungen. Sie zielt dabei einerseits auf die Darstellung von protonenleitenden Polyphenylenverbindungen und deren Verwendung als Linker für den Aufbau protonenleitender Aluminium-Phosphonat-Netzwerke ab und behandelt andererseits die Einführung stark polarer Phosphonsäuregruppen in einen diskreten Nanographenkern sowie deren Einfluss auf die ionen- und elektronenleitenden Eigenschaften, um diese als gemischt-leitende Kompatibilisatoren an der isolierenden Elektrode/ Membran-Grenzfläche in einer Brennstoffzelle zu verwenden. Am Beispiel eines phosphonsäurefunktionalisierten, phenylenisch-expandierten Hexaphenylbenzols konnte ein solvothermisch stabiler Protonenleiter mit einer Selbstorganisation in kolumnare, supramolekulare Strukturen und hoher, temperaturunabhängiger Leitfähigkeit mit dominierendem Grotthuss-Anteil präsentiert werden. Durch einen Wechsel dieser 1D-radialen Phosphonsäureanordnung in der Molekülhülle hin zu 2D- und 3D-H2PO3-funktionalisierten, dendritischen Stäbchen- bzw. Kugelstrukturen konnte gezeigt werden, dass eine kolumnare Molekülanordnung jedoch kein notwendiges Kriterium für einen Grotthuss-artigen Protonentransport darstellt. Durch die mehrdimensionale Orientierung der Phosphonsäuren in der Außenhülle der Dendrimere garantieren die synthetisierten Strukturen hochaggregierte Phosphonsäurecluster, die als dichtes Säurekontinuum die eigentlichen protonenleitfähigen Kanäle darstellen und somit als entscheidendes Kriterium für das Auftreten eines Grotthuss-artigen Mechanismus definiert werden müssen. Eine signifikante Erhöhung der Leitfähigkeit konnte durch den Aufbau poröser, organisch-anorganischer Netzwerke (Al-HPB-NETs) über Komplexierung einer unterstöchiometrischen Menge an Aluminium-Kationen mit der Polyphosphonsäureverbindung Hexakis(p-phosphonatophenyl)benzol als Linkereinheit erfolgen, die anschließend mit kleinen intrinsischen Protonenleitern wie Phosphonsäure dotiert wurden. Diese dotierten Netzwerke wiesen außergewöhnliche Leitfähigkeit auf, da sie die σ-Werte des Referenzpolymers Nafion® bereits in einem Temperaturbereich oberhalb von 135°C übertrafen, aber gleichzeitig ein sehr gutes Säureretentionsverhalten von einem Gew.-% Säuredesorption über eine Immersionsdauer von 14 h gegenüber wässrigem Medium zeigten. Durch Mischen dieser Aluminiumphosphonate mit einer dotierten Polymermatrix wie PBI konnten synergistische Effekte durch zusätzliche attraktive H-Brückenbindungen zwischen molekular angebundener Phosphonsäure und mobiler H3PO4 an Hand eines signifikanten Leitfähigkeitsanstiegs für die resultierenden Membranen beobachtet werden. Die Protonenleitfähigkeit lag in diesen Materialien in dem gesamten untersuchten Temperaturbereich oberhalb von Nafion®. Durch das Einbringen der NETs in PBI konnte ebenfalls die Säureretention von PBI um etwa 9 % bei kurzen Immersionszeiten (bis 1 min) verbessert werden. Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Arbeit die synthetische Kombination eines hydrophoben, elektronenleitenden Nanographenkerns mit einer, durch eine isolierende Peripherie getrennten, stark polaren, protonenleitenden Außenhülle realisiert. Am Beispiel von zwei phosphonsäurefunktionalisierten Triphenylenen, die sich in Länge und Planarität der gewählten Peripheriebausteine unterschieden, sollten polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe mit gemischt protonen- und elektronenleitenden Eigenschaften hergestellt werden, die über Impedanzspektroskopie und Vierpunktmessungen untersucht wurden. Da es sich bei der Anwendung solcher gemischtleitenden Verbindungen um grenz-flächenaktive Substanzen handelt, die das ohne verbesserte Anbindung bestehende Dielektrikum zwischen Elektrode und protonenleitender Membran überbrücken sollen, wurde die Untersuchung eines möglichen Elektronentransportes durch eine Molekülmonolage ebenfalls über kombinatorische STM- und STS-Technik durchgeführt.

A robotic system to train activities of daily living in a virtual environment

In the past decade, several arm rehabilitation robots have been developed to assist neurological patients during therapy. Early devices were limited in their number of degrees of freedom and range of motion, whereas newer robots such as the ARMin robot can support the entire arm. Often, these devices are combined with virtual environments to integrate motivating game-like scenarios. Several studies have shown a positive effect of game-playing on therapy outcome by increasing motivation. In addition, we assume that practicing highly functional movements can further enhance therapy outcome by facilitating the transfer of motor abilities acquired in therapy to daily life. Therefore, we present a rehabilitation system that enables the training of activities of daily living (ADL) with the support of an assistive robot. Important ADL tasks have been identified and implemented in a virtual environment. A patient-cooperative control strategy with adaptable freedom in timing and space was developed to assist the patient during the task. The technical feasibility and usability of the system was evaluated with seven healthy subjects and three chronic stroke patients.

A self-developed and constructed robot for minimally invasive cochlear implantation

Conclusion: A robot built specifically for stereotactic cochlear implantation provides equal or better accuracy levels together with a better integration into a clinical environment, when compared to existing approaches based on industrial robots. Objectives: To evaluate the technical accuracy of a robotic system developed specifically for lateral skull base surgery in an experimental setup reflecting the intended clinical application. The invasiveness of cochlear electrode implantation procedures may be reduced by replacing the traditional mastoidectomy with a small tunnel slightly larger in diameter than the electrode itself. Methods: The end-to-end accuracy of the robot system and associated image-guided procedure was evaluated on 15 temporal bones of whole head cadaver specimens. The main components of the procedure were as follows: reference screw placement, cone beam CT scan, computer-aided planning, pair-point matching of the surgical plan, robotic drilling of the direct access tunnel, and post-operative cone beam CT scan and accuracy assessment. Results: The mean accuracy at the target point (round window) was 0.56 ± 41 mm with an angular misalignment of 0.88 ± 0.41°. The procedural time of the registration process through the completion of the drilling procedure was 25 ± 11 min. The robot was fully operational in a clinical environment.

Energy-Economical Heuristically Based Control of Compass Gait Walking on Stochastically Varying Terrain

Investigation uses simulation to explore the inherent tradeoffs ofcontrolling high-speed and highly robust walking robots while minimizing energy consumption. Using a novel controller which optimizes robustness, energy economy, and speed of a simulated robot on rough terrain, the user can adjust their priorities between these three outcome measures and systematically generate a performance curveassessing the tradeoffs associated with these metrics.

DEVELOPMENT OF A HUMANOID ROBOT ARM FOR USE IN URBAN ENVIRONMENTS

The Bucknell Humanoid Robot Arm project was developed in order toprovide a lightweight robotic arm for the IHMC / Bucknell University bipedal robot that will provide a means of manipulation and facilitate operations in urban environments. The resulting fabricated arm described in this thesis weighs only 13 pounds, and is capable of holding 11 pounds fully outstretched, lifting objects such as tools, and it can open doors. It is also capable of being easily integrated with the IHMC / Bucknell University biped. This thesis provides an introduction to robots themselves, discusses the goals of the Bucknell Humanoid Robot Arm project, provides a background on some of the existing robots, and shows how the Bucknell Humanoid Robot Arm fits in with the studies that have been completed. After reading these studies, important items such as design trees and operational scenarios were completed. The completion of these items led to measurable specifications and later the design requirements and specifications. A significant contribution of this thesis to the robotics discipline involves the design of the actuator itself. The arm uses of individual, lightweight, compactly designed actuators to achieve desired capabilities and performance requirements. Many iterations were completed to get to the final design of each actuator. After completing the actuators, the design of the intermediate links and brackets was finalized. Completion of the design led to the development of a complex controls system which used a combination of Clanguage and Java.

ANKLE IMPEDANCE AND ANKLE ANGLES DURING STEP TURN AND STRAIGHT WALK: IMPLICATIONS FOR THE DESIGN OF A STEERABLE ANKLE-FOOT PROSTHETIC ROBOT

During locomotion, turning is a common and recurring event which is largely neglected in the current state-of-the-art ankle-foot prostheses, forcing amputees to use different steering mechanisms for turning, compared to non-amputees. A better understanding of the complexities surrounding lower limb prostheses will lead to increased health and well-being of amputees. The aim of this research is to develop a steerable ankle-foot prosthesis that mimics the human ankle mechanical properties. Experiments were developed to estimate the mechanical impedance of the ankle and the ankles angles during straight walk and step turn. Next, this information was used in the design of a prototype, powered steerable ankle-foot prosthesis with two controllable degrees of freedom. One of the possible approaches in design of the prosthetic robots is to use the human joints’ parameters, especially their impedance. A series of experiments were conducted to estimate the stochastic mechanical impedance of the human ankle when muscles were fully relaxed and co-contracting antagonistically. A rehabilitation robot for the ankle, Anklebot, was employed to provide torque perturbations to the ankle. The experiments were performed in two different configurations, one with relaxed muscles, and one with 10% of maximum voluntary contraction (MVC). Surface electromyography (sEMG) was used to monitor muscle activation levels and these sEMG signals were displayed to subjects who attempted to maintain them constant. Time histories of ankle torques and angles in the lateral/medial (LM) directions, inversion-eversion (IE), and dorsiflexionplantarflexion (DP) were recorded. Linear time-invariant transfer functions between the measured torques and angles were estimated providing an estimate of ankle mechanical impedance. High coherence was observed over a frequency range up to 30 Hz. The main effect of muscle activation was to increase the magnitude of ankle mechanical impedance in all degrees of freedom of the ankle. Another experiment compared the three-dimensional angles of the ankle during step turn and straight walking. These angles were measured to be used for developing the control strategy of the ankle-foot prosthesis. An infrared camera system was used to track the trajectories and angles of the foot and leg. The combined phases of heel strike and loading response, mid stance, and terminal stance and pre-swing were determined and used to measure the average angles at each combined phase. The Range of motion (ROM) in IE increased during turning while ML rotation decreased and DP changed the least. During the turning step, ankle displacement in DP started with similar angles to straight walk and progressively showed less plantarflexion. In IE, the ankle showed increased inversion leaning the body toward the inside of the turn. ML rotation initiated with an increased medial rotation during the step turn relative to the straight walk transitioning to increased lateral rotation at the toe off. A prototype ankle-foot prosthesis capable of controlling both DP and IE using a cable driven mechanism was developed and assessed as part of a feasibility study. The design is capable of reproducing the angles required for straight walk and step turn; generates 712N of lifting force in plantarflexion, and shows passive stiffness comparable to a nonload bearing ankle impedance. To evaluate the performance of the ankle-foot prosthesis, a circular treadmill was developed to mimic human gait during steering. Preliminary results show that the device can appropriately simulate human gait with loading and unloading the ankle joint during the gait in circular paths.

Fossilierung in Echtzeit

Die Kunstgeschichte hat seit ihrer Einsetzung als universitäres Lehrfach auf eine Erweiterung ihrer Bestände und Themengebiete hingearbeitet. Stärker als andere Disziplinen war sie dabei bald auf die Möglichkeiten der Bildreproduktion angewiesen. Sie kommuniziert und popularisiert ihre Inhalte durch Lichtbilder und Kataloge und hat auch an der Entwicklung entsprechender Medien, vom Bilderalbum bis zur Fotodokumentation, mitgewirkt. Mittlerweile erwirbt ein Kunsthistoriker immer mehr Kenntnisse auch auf der Basis reproduzierter, mobiler Aufnahmen von Kunstwerken entlegenster Orte und verdichtet diese zu einem abstrakten Kanon kulturellen Erbes. Im digitalen Raum könnte nun die Gefahr bestehen, dass die bloße Fortschreibung dieser Praxis, zumal an eine anonyme Öffentlichkeit gerichtet, zu einer Verkrustung überkommener Sehweisen führt; der Einsatz von digitalen Medien würde dann keine methodische Innovation darstellen, sondern vielmehr das Gegenteil bewirken. Auf der anderen Seite vollziehen sich Wissenstransformationen nicht allein durch die Anwendung bahnbrechender Technologien; sie bedürfen auch der entsprechenden institutionellen Einbettung. Der Aufbau simpler Kommunikationswege wie E-Mail, der Einsatz erprobter Techniken wie der 3-D-Visualisierung oder die Gestaltung kostspieliger Datenbanken und Informationssysteme verändert - graduell, aber dauerhaft - die bestehenden Fachstrukturen und Denkgewohnheiten. Nur ein Bruchteil der Fragen, die mit dem Einsatz des Computers einhergehen, sind primär technischer Natur. Die Diskussion neuer Medien könnte zu einem professionelleren Selbstverständnis der kunstgeschichtlichen Forschung beitragen, wenn Fragen des Managements, der Projektgestaltung oder der Einwerbung von Drittmitteln nicht länger als Nebensachen abgetan werden; auch sie gehören zu einer wissenschaftlichen Methodik.

Mobile Learning – Begriff, Modelle, Forschung

Der vorliegende Übersichtsartikel betrachtet Mobile Learning aus einer pädagogisch-psychologischen und didaktischen Perspektive. Mobile Learning (M-Learning), das seit Mitte der 1990er in unterschiedlichsten Kontexten Einzug in den Bildungssektor hielt, ist ein dynamisches und interdisziplinäres Feld. Dynamisch, weil M-Learning durch die rasche Entwicklung im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnologie, wie kaum ein anderes Forschungsfeld, einem derart großen Wandel unterworfen ist. Interdisziplinär, weil durch das Zusammentreffen von mobiler Technik und Lernen auch unterschiedliche Fachdisziplinen betroffen sind. Die verschiedenen Sichtweisen und auch die Komplexität des Feldes haben dazu geführt, dass bis heute keine einheitliche Definition des Begriffs besteht. Ziel dieses Übersichtsartikels ist es, den aktuellen Forschungsstand aus didaktischer und pädagogisch-psychologischer Sicht aufzuzeigen. Dazu werden zunächst wichtige Komponenten des M-Learning-Begriffs herausgearbeitet und daran anschließend didaktisch bedeutsame theoretische Ansätze und Modelle vorgestellt sowie kritisch betrachtet. Basierend auf dieser theoretischen Ausgangslage wird dann ein Rahmen gezeichnet, der verdeutlichen soll, wo empirische Forschung aus didaktischer und pädagogisch-psychologischer Sicht ansetzen kann. Entsprechende empirische Studien werden ebenfalls vorgestellt, um einen Eindruck des aktuellen empirischen Forschungsstandes zu geben. Dies alles soll als Ausgangspunkt für den zukünftigen Forschungsbedarf dienen.

Generierung von Konstruktionsmerkmalen zur Entwicklung eines bio-inspirierten Kommissionier- Greifers für die Intralogistik mittels Clusteranalyse

Kurzbeschreibung: In der Automatisierung von intralogistischen Kommissioniervorgängen ist ein großes Zukunftspotential erkennbar. Elementarer Bestandteil des Automatisierungsprozesses ist der Einsatz von Industrierobotern, die mit einem geeigneten Endeffektor, dem Greifer, ausgestattet werden müssen. Die Robotik ist in der Lage schneller, präziser und ausdauernder als die menschlichen Kommissionierer zu arbeiten und trägt damit entscheidend zur Effizienzsteigerung bei. Eine wesentliche Herausforderung für diesen Entwicklungsschritt zur Substitution der manuellen Kommissionierung ist die Konstruktion und Bereitstellung eines geeigneten Greifsystems. Am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Technische Logistik der Helmut-Schmidt-Universität wurde mit der Erfahrung aus einem vorangegangenen Forschungsprojekt die Methode der Clusteranalyse erstmalig zur Untersuchung von Greifobjekten zur Entwicklung eines bionischen Universalgreifers für die Kommissionierung von Drogerieartikeln verwendet. Diese Abhandlung beschreibt einen Beitrag zur Entwicklung dieses Greifers am Beispiel handelsüblicher Drogerieartikel, die aktuell manuell kommissioniert werden. Diese werden hinsichtlich der für das Greifen relevanten Objektmerkmale geclustert und die daraus resultierenden Erkenntnisse in Form von Konstruktionsmerkmalen abgeleitet. Nach einer Analyse und Festlegung der greifrelevanten Merkmale der Greifobjekte wird eine Objektdatenbasis erstellt. Mit Hilfe geeigneter Methoden wird die gewonnene Datenbasis aufbereitet und reduziert. Im Anschluss werden die Greifobjekte bzw. deren Merkmalsausprägungen einer hierarchischen Clusteranalyse unterzogen. Hierbei werden die Grenzen der gebildeten Cluster mittels der zugehörigen Greifobjekte festgelegt und analysiert. Abschließend werden bestimmte greiferspezifische Merkmale auf die Anwendbarkeit in den Clustern überprüft und bewertet. Diese Betrachtungen ermöglichen es, dass spezielle Anforderungen an den Greifer, die direkt aus den Eigenschaften der Greifobjekte herrühren, zuverlässig erkannt und konstruktiv berücksichtigt werden können.

Learning Two-Person Interaction Models for Responsive Synthetic Humanoids

Imitation learning is a promising approach for generating life-like behaviors of virtual humans and humanoid robots. So far, however, imitation learning has been mostly restricted to single agent settings where observed motions are adapted to new environment conditions but not to the dynamic behavior of interaction partners. In this paper, we introduce a new imitation learning approach that is based on the simultaneous motion capture of two human interaction partners. From the observed interactions, low-dimensional motion models are extracted and a mapping between these motion models is learned. This interaction model allows the real-time generation of agent behaviors that are responsive to the body movements of an interaction partner. The interaction model can be applied both to the animation of virtual characters as well as to the behavior generation for humanoid robots.