Bionik - Aktuelle Forschungsergebnisse in Natur-, Ingenieur- und Geisteswissenschaft

Vorwort der Herausgeber

Vorwort von Prof. Werner Nachtigall

Inhalt

1. Bionik

1.1. Bionik im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich

Sprachlich beschriebene Dynamik und rekurrente Fuzzy-Systeme

1. Motivation

2. Logik und Fuzzy-Logik

3. Sprachliche Modellierung intraspezifischer Konkurrenz

4. Mathematische Modellierung intraspezifischer Konkurrenz

5. Fuzzy-Systeme, rekurrente Fuzzy-Systeme und Automaten

6. Chaos bei der intraspezifischen Konkurrenz

7. Anwendungen rekurrenter Fuzzy-Systeme

8. Sequentielle Mustererkennung in Stranggießanlagen

9. Fazit

Adaptronik – ein technischer Ansatz zur Lösung bionischer Aufgaben

1. Bionik und Adaptronik als wissenschaftliche Disziplinen

2. Schnittstellen von Bionik und Adaptronik: Beispiele

3. Zusammenfassung

Microelectronics meets Bionics

1. The status of Microelectronics

2. Bionic-electronics

3. Artificial Neural Network

4. Future contribution of Microelectronics in Bionics

Wirbelbildung hinter schlagenden Tragflächen

1. Einleitung

2. Material und Methode

3. Erste Ergebnisse und Ausblick

Infobionik – Entwurf einer menschzentrierten Benutzerschnittstelle

1. Einführung

2. Motivation und Einordnung

3. Vision

4. Grundlagen

5. Probleme

6. Verwandte Ansätze

7. Ausblick

Neurobionik – Prothetik, Biohybride und intelligente Algorithmen

1. Einleitung

2. Neuroprothetik

3. Hybridtechnologie

4. Intelligente Algorithmen aus der Natur

Animal attachments: Minute, manifold devices. Biological variety – Basic physical mechanisms – A challenge for biomimicking technical stickers

1. Introduction

2. Classical descriptions, mainly in insects

3. Examples of recent investigations

4. General biological aspects and technical use

Bionik im Bauwesen

1. Einleitung

2. Arten der Bionik

4. Ein Beispiel für die Anwendung von Evolutionären Algorithmen anhand der Optimierung von Fassadensystemen – ein bionischer Ansatz

Laufbewegungen bei Roboter, Tier und Mensch: Analyse, Modellierung, Simulation und Optimierung

1. Einführung

2. Grundlagen der vier- und zweibeinigen Fortbewegung

3. Dynamik des Laufens bei Robotern

4. Dynamik des Laufens bei Tier und Mensch

5. Integration von Sensorik und Motorik

6. Zusammenfassung und Ausblick

Literatur

Ein bionisches neuronales Netz zur Periodizitätsanalyse

1. Motivation

2. Das auditorische System

3. Ein neuronales Netz zur zeitlichen Periodizitätsanalyse

3.3. Modellierung des auditorischen Systems bis zum PAN-Modell

3.4. Die PAN-Simulation

4. Simulation mit dem PAN-Modul

5. Ergebnisse

6. Ausblick – Bionische Neuronale Netze

1.2. Bionik im gesellschafts- und wirtschafts- wissenschaftlichen Bereich

Zirkulierende Körperstücke, zirkulierende Körperdaten: Hängen Biopolitik und Bionik zusammen?

1. Bionik und – „Biopolitik“?

2. Ambivalenz der Bionik

3. Was ist unter Biopolitik zu verstehen?

4. Und die Bionik?

5. Antwort und Schluss

Was ist TechnoWissenschaft? – Zum Wandel der Wissenschaftskultur am Beispiel von Nanoforschung und Bionik

1. Einführung

2. Wissenschaftskultur

3. Perspektivenwechsel

4. TechnoWissenschaftskultur

5. Das Interesse der TechnoWissenschaft

Bionik und Interdisziplinarität

1. Einführung

2. Interdisziplinarität und Philosophie

3. Horizontale Zirkulationen in der Bionik – wissenschaftstheoretische Aspekte

4. Traditionslinien der Zirkulationstheorie – das Beispiel der Nachahmungsthese

5. Vertikale Zirkulationen in der Bionik – am Beispiel der Chaosbionik

6. Perspektiven

Technologie- und marktorientierte Entwicklung von Bionik-Produkten

1. Problemstellung

2. Technologie- und Marktorientierung als Leitidee des Innovationsmanagements

3. Einordnung der Bionik in das Technologie- und Innovationsmanagement

4. Kompetenz im Management von Bionik-F&E-Netzwerken

5. Technologiemanagement im Innovationsfeld Bionik

6. Produkt- und Prozessentwicklung in der Bionik

7. Fazit

Industriedesign für nachhaltige Produkte, was bringt Bionik?

1. Gestaltung/Industriedesign

2. Nachhaltiges Wirtschaften

3. Industriedesign ist komplexe Optimierung

4. Designqualität, was ist das?

5. Produktbeispiele mit bionischem Aspekt

6. Gibt es Bionik-Design-Produkte?

1.3. Didaktik und Methodik der Bionik

Lectus CV – „Bionik trifft Adaptive Ergonomie“

1. Eine Vision

2. Das Konzept

3. Fazit

Interdisziplinarität: „Kritisches“ Bildungsprinzip in Forschung und Lehre

1. Vorbemerkung zum „Credo“ der Bionik: Natur-Technik- Interdisziplinarität

2. Interdisziplinarität – Zur Karriere eines Begriffs

3. Blicke auf das Begriffsfeld: Typen und Auffassungen von Interdisziplinarität

4. Zwischen Kritik und Funktion: Zur wissenschaftssystematischen Ortsbestimmung von Interdisziplinarität

5. Die „kritische“ Bildungsfunktion von Interdisziplinarität in Forschung (Wissenschaftsentwicklung) und Lehre (Bildung der Studierenden)

6. Anfragen zur interdisziplinären Theorie und Praxis an das Bionik-Projekt

Naturorientierte Innovationsstrategie – Entwickeln und Konstruieren nach biologischen Vorbildern

1. Einleitung

2. Natürliche Konstruktionen als Vorbilder

3. Zielbestimmung/Lösungsfindung unter bionischen Aspekten

Die Untersuchung des Lokomotionsapparates von Fischen mit der ‘Transduktions-Methode’

1. Einführung

2. Bewegungen von Fischen und Fisch-Antrieben

3. Der innere Aufbau eines Fisch-Körpers

4. Beschreibung der Transduktions-Methode

5. Zusammenfassung

"Biomechanical Animal Design" – ein neues Praktikums-Modell

1. Einführung

2. Ablauf des Praktikums "Biomechanical Animal Design"

3. Zusammenfassung

4. Fazit

2. Biomedizintechnik

Titan in der Gelenk- und Zahnprothetik: Verschleiß und Ermüdung als lebensdauerbegrenzende Faktoren

1. Einführung

2. Verschleiß von Gelenkprothesen

3. Ermüdung von Dentalimplantaten

4. Ausblick

Tieftemperaturkonservierung lebender Bioproben – Kryotechnologieplattform für die Biotechnologie und Medizin

1. Wunschtraum der Medizin

2. Langzeitlagerung von Zellen

3. Kryokonservierung ist kein natürlicher Prozess

4. Anforderungen der Biotechnologie und Medizin

5. Notwendigkeit moderner Kryotechnologieplattformen

6. Beispiele für eine neue Kryotechnologie-plattform

7. Modernste Kryobank im Saarland

8. Lebendsammlungen – Wirtschafts- und Forschungsressourcen von morgen

9. Ausblick

Mikro-Elektromechanische-Systeme in der Medizintechnik - Projektkanon am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

1. Einleitung

2. Minimal-Invasive Chirurgie – Geschichte und Hintergründe

3. Simulatoren in der MIC – Selbstverständliches wird wieder entdeckt

4. Schläuche und Drähte als Schienen – Kathetertechnologie ist Zukunft

5. Tasten im Körper

6. Miniaturroboter zur Dick- und Dünndarmuntersuchung

7. Druckmessung – Bedeutung für den Menschen

Tumortherapie mit Ionenstrahlen

1. Einleitung

2. Physikalische Vorteile von Ionenstrahlen

3. Erhöhte biologische Wirksamkeit

4. PET Verifikation

5. Klinische Ergebnisse Darmstädter Kohlenstoff Therapie

6. Perspektive und weltweite Einbindung der Ionentherapie

Analyse und Repräsentation akustischer Signale im Hörsystem

1. Periodizität, eine wichtige Eigenschaft von Kommunikationssignalen

2. Die Frequenzanalyse im Innenohr

3. Die zeitliche Analyse im Hörsystem

4. Orthogonalität von Tonotopie und Periodotopie im Colliculus inferior

5. Repräsentation zeitlicher Information im Hörcortex

6. Bedeutung der zeitlichen Analyse für die Musikwahrnehmung

7. Schlussfolgerung

Mit Stammzellen und Tissue Engineering zu Netzhautimplantaten

1. Stammzellbiologie und Tissue Engineering gehören zusammen

2. Ohne Stammzellen kein Lebendzellersatz

3. Embryonale oder adulte Stammzellen?

Funktionelle Behandlung von Kreuzbandverletzungen als Beispiel für angewandte bionische Medizin

1. Einleitung

2. Funktionelle Anatomie

3. Unfallmechanismus und Diagnostik

4. Funktionelle Behandlung

5. Rehabilitation

6. Ausblick: Allografts, bioaktive Substanze und Navigation

7. Diskussion

Ion channels as functional components in sensors of biomedical information

1. Introduction

2. Biosensing properties of ion channels

3. Heart beat and cyclic nucleotides:

4. ATP and insulin secretion

5. The activity of ion channels can be measured

6. Ion channel activity assay

7. Ion channels and bio-engineering

8. Viral channels as toolbox

9. The viral K+ channel Kcv is a very small homolouge of eukaryotic K+ channels

10. Just a few changes in the primary amino acid structure result in dramatic changes in the performance of the Kcv channel protein

11. Outlook

Neuronale Mechanismen der Entstehung von Tinnitus

1. Was ist Tinnitus?

2. Wo entsteht Tinnitus?

3. Wie lässt sich ein subjektiver Tinnitus objektiv nachweisen?

4. Wie entsteht die Tinnitusaktivität?

5. Spielen Lernvorgänge für die Manifestierung von Tinnitus eine Rolle?

6. Modell zur zentralen Tinnitusentstehung

7. Simulation des Tinnitusmodells

3. Biomechanik

Magnetrezeption bei Brieftauben

1. Einführung

2. Die Magnetfeldrezeption unter magnetischen Gesichtspunkten

3. Struktur möglicher Magnetsinnesorgane

4. Rezeptorphysiologische Prozesse bei der Magnetfeldrezeption

5. Die Modellstruktur im Taubenschnabel (Abb. 1)

6. Subzelluläre Komponenten und Struktur der Magnetithaltigen Dendriten

Mechanical stress as the main factor in skull design of the fossil reptile Proterosuchus (Archosauria)

1. Introduction

2. Methods

3. Description

4. Discussion

Biodynamische Modellierung des Menschen – Anwendung ingenieurwissenschaftlicher Methoden auf das biologische System Mensch

1. Strukturdynamik – was ist das?

2. Schwingungen in der Natur – Ansätze für die Bionik

3. Biodynamik – Schwingungsverhalten des Menschen

Neue Prüfkonzepte für Primärstabilität und Dauerfestigkeit mandibulärer Osteosynthesesysteme sowie für mathematische Modelle des Kausystems

1. Einleitung

2. Stand der Technik

3. Entwicklung eines multifunktionalen Prüfaufbaus

4. Stabilitätsvergleich von Osteosynthesesystemen (Reintitan vs. Formgedächtnismaterial)

5. Ergebnisse

6. Diskussion

7. Zusammenfassung

8. Ausblick

Prinzipien und Merkmale gelungener Bewegungen

1. Einleitung

2. Qualitative Merkmale gelungener Bewegungen

3. Optimierungsfunktionen

4. Ökonomie- und Effizienzkriterien

5. Simulationen auf der Grundlage der Optimierungsfunktionen und Segmentarbeit

6. Biomechanische Prinzipien

7. Zusammenfassung und Ausblick

Langfristige Verankerung künstlicher Gelenke – kann das gut gehen?

1. Anatomie und Physiologie der Gelenke

2. Endoprothesen

3. Primär- und Sekundärstabilität

4. Prothesenkonstruktionen und ihre Berechnung

5. Ausblick

Autorenverzeichnis