Im Vortrag werden alle derzeit bestehenden Simulations-Werkzeuge im Überblick vorgestellt und deren Anwendung an einzelnen Beispielen verdeutlicht. Desweiteren beinhaltet der Beitrag die Vorstellung der wesentlichen Neuerungen der Pro/ENGINEER Version Wildfire 5 auf dem Gebiet Simulation. Dabei wird auf die Dynamische Analyse und die Erweiterungen in Mechanica besonders eingegangen.

This thesis addresses the question of how to teach dynamic motor skills to synthetic humanoids. A general approach based on imitation learning is presented and evaluated on a number of synthetic humanoids, as well as a number of different motor skills. The approach allows for intuitive and natural specification of motor skills without the need for expert knowledge. Using this approach we show that various important problems in robotics and computer animation can be tackled, including the synthesis of natural grasping, the synthesis of locomotion behavior or the physical interaction between humans and robots.

Originally presented as the author's Thesis--Technische Hochschule Aachen, 2008. / Includes bibliographical references.

Mit dem Aufkommen natürlicher Benutzerschnittstellen zum Erreichen einer möglichst intuitiven Interaktion mit Computern wird auch über die Bedeutung der Gestaltungsaspekte LOOK und FEEL der darzustellenden Benutzeroberflächen neu verhandelt. Dies bedeutet für den Entwurf und die Entwicklung neuer Anwendungen, die bisherigen Vorgehensmodelle, Werkzeuge und Interaktionen zu überdenken und hinsichtlich der neuen Herausforderungen zu überprüfen. Als Leitmotiv der vorliegenden Arbeit dient der Ansatz: Ähnliches wird durch Ähnliches entwickelt, der sich am Beispielfall der Multi-Touch-Technologie konkret mit dem Forschungsraum der natürlichen Benutzerschnittstellen auseinandersetzt. Anhand der drei aufeinander aufbauenden Aspekte Modell, Werkzeug und Interaktion wird die besondere Stellung des FEELs betont und diskutiert. Die Arbeit konzentriert sich dabei besonders auf die Phase des Prototypings, in der neue Ideen entworfen und später (weiter-) entwickelt werden. Die Arbeit nähert sich dabei dem Thema schrittweise an, vom Abstrakten hin zum Konkreten. Hierzu wird zunächst ein neu entwickeltes Vorgehensmodell vorgestellt, um auf die Besonderheiten des FEELs im Entwicklungsprozess natürlicher Benutzerschnittstellen eingehen zu können. Das Modell verbindet Ansätze agiler und klassischer Modelle, wobei die Iteration und die Entwicklung von Prototypen eine besondere Stellung einnehmen. Ausgehend vom neu vorgestellten Modell werden zwei Einsatzbereiche abgeleitet, die entsprechend des Leitmotivs der Arbeit mit zu konzipierenden Multi-Touch-Werkzeugen besetzt werden. Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, den Entwickler in die Rolle des Nutzers zu versetzen, indem die beiden Aktivitäten Umsetzung und Evaluation am selben Gerät stattfinden und fließend ineinander übergehen. Während das für den Entwurf erstellte Konzept TIQUID die Nachbildung von Verhalten und Abhängigkeiten mittels gestengesteuerter Animation ermöglicht, stellt das Konzept LIQUID dem Entwickler eine visuelle Programmiersprache zur Umsetzung des FEELs zur Verfügung. Die Bewertungen der beiden Werkzeuge erfolgte durch drei unabhängige Anwendungstests, welche die Einordnung im Entwicklungsprozess, den Vergleich mit alternativen Werkzeugen sowie die bevorzugte Interaktionsart untersuchten. Die Resultate der Evaluationen zeigen, dass die vorab gesteckten Zielstellungen einer einfachen Verwendung, der schnellen und umgehenden Darstellung des FEELs sowie die gute Bedienbarkeit mittels der Multi-Touch-Eingabe erfüllt und übertroffen werden konnten. Den Abschluss der Arbeit bildet die konkrete Auseinandersetzung mit der Multi-Touch-Interaktion, die für Entwickler und Nutzer die Schnittstelle zum FEEL der Anwendung ist. Die bisher auf die mittels Berührung beschränkte Interaktion mit dem Multi-Touch-Gerät wird im letzten Abschnitt der Arbeit mit Hilfe eines neuartigen Ansatzes um einen räumlichen Aspekt erweitert. Aus dieser Position heraus ergeben sich weitere Sichtweisen, die einen neuen Aspekt zum Verständnis von nutzerorientierten Aktivitäten beitragen. Diese, anhand einer technischen Umsetzung erprobte Vision neuer Interaktionskonzepte dient als Ansporn und Ausgangspunkt zur zukünftigen Erweiterung des zuvor entwickelten Vorgehensmodells und der konzipierten Werkzeuge. Der mit dieser Arbeit erreichte Stand bietet einen gesicherten Ausgangspunkt für die weitere Untersuchung des Fachgebietes natürlicher Benutzerschnittstellen. Neben zahlreichen Ansätzen, die zur vertiefenden Erforschung motivieren, bietet die Arbeit mit den sehr konkreten Umsetzungen TIQUID und LIQUID sowie der Erweiterung des Interaktionsraumes Schnittstellen an, um die erzielten Forschungsergebnisse in die Praxis zu übertragen. Eine fortführende Untersuchung des Forschungsraumes mit Hilfe alternativer Ansätze ist dabei ebenso denkbar wie der Einsatz einer zu Multi-Touch alternativen Eingabetechnologie.

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Der Einsatz von digitalen Menschmodellen erlaubt neben einer frühzeitigen ergonomischen Analyse die Gestaltung von Arbeitsprozessen und stellt ein hilfreiches Werkzeug in der Produkt- und Prozessgestaltung dar. Im Rahmen dieses Beitrages soll auf ausgewählte Schwerpunkte der Entwicklung des digitalen Menschmodells „The Smart Virtual Worker“ eingegangen werden. Das Forschungsprojekt soll einen Beitrag zur Lösung, der mit dem demografischen Wandel der Gesellschaft einhergehenden Herausforderungen leisten. Die daraus resultierenden Forschungsschwerpunkte liegen insbesondere in der Einbeziehung von Alterungs- und psychischen Faktoren in die Bewegungsgenerierung des Menschmodells und der Modellierung von Umweltbedingungen. In Umsetzung des Projektes wurde ein erstes Arbeitsszenario erarbeitet, auf dessen Basis die vorgenannten Forschungsaufgaben interdisziplinär gelöst werden sollen.

Die Neubildung von Neuronen persistiert lebenslang in der Subgranularzellschicht des Hippocampus und der Subventrikularzone des Großhirns und wird als adulte Neuroge-nese bezeichnet. Es wird vermutet, dass diese beim erwachsenen Menschen einen rele-vanten Einfluss auf degenerative Veränderungen, verschiedene neurologische Krank-heitsbilder und auf die (Dys-)Funktion des Gedächtnisses hat. Im Tiermodell wurde eine Verringerung der Neurogenese nach chronischer Morphingabe nachgewiesen. Vorarbeiten zeigten einen Zusammenhang zwischen chronischem Heroinmissbrauch und reaktiver Astrogliose, Mikrogliose und einer vermehrten Expression des polysialylated neural cell adhesion molecule im humanen Hippocampus. Daraus leitet sich die Hypothese ab, dass chronischer Heroinmissbrauch, als Modell für eine Abhängigkeitserkrankung, einen Einfluss auf die adulte humane Neurogenese hat. Es wurden in Formalin fixierte Gewebeproben aus dem Hippocampus von Verstorbenen mit einer letalen Heroinintoxikation und mit bekanntem Heroinmissbrauch (n = 20) un-tersucht und mit einer nach Alter und Geschlecht angepassten Kontrollgruppe (n = 28) verglichen. Hierbei wurden spezifische Neurogenesemarker mittels immunhistochemi-scher Methoden angewendet und ausgewertet. Es bestand eine generell sehr geringe zelluläre Proliferationsrate und eine signifikante Reduktion Musashi-1 positiver neuro-naler Vorläuferzellen bei gleichzeitig unveränderter Anzahl Nestin positiver reifender und Calretinin positiver migrierender postmitotischer Neurone. Zudem wurde ein ver-ändertes Calretinin-Expressionsmuster als Hinweis auf eventuelle funktionelle neuronale Defizite bei Drogenabhängigen festgestellt. Der potentielle Einfluss von chronischem Heroinmissbrauch auf die adulte humane Neurogenese wird erstmals gezeigt. Die Ergebnisse weisen auf eine negative Beeinflus-sung im Stadium neuronaler Vorläuferzellen und der Zellfunktion migrierender Neurone in der Fallgruppe im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe hin. Diese Hemmung der Neurogenese könnte eine Erklärungsmöglichkeit für kognitive Defizite und Funktionsstörungen des Gedächtnisses infolge chronischen Drogenkonsums bieten und zugleich eine Bedeutung bei der Entstehung von Abhängigkeitserkrankungen haben. Insofern könnte sich hier ein Ansatzpunkt für zukünftige Therapiestrategien derartiger Erkrankungen oder ihrer Folgen bieten.

In advanced robot applications, the challenge today is that the robot should perform different successive subtasks to achieve one or more complicated tasks similar to human. Hence, this kind of tasks required to combine different kind of sensors in order to get full information about the work environment. However, from the point of view of control, more sensors mean more possibilities for the structure of the control system. As shown previously, vision and force sensors are the most common external sensors in robot system. As a result, in scientific papers it can be found numerous control algorithms and different structures for vision/force robot control, e.g. shared, traded control etc. The lacks in integration of vision/force robot control could be summarized as follows: • How to define which subspaces should be vision, position or force controlled? • When the controller should switch from one control mode to another one? • How to insure that the visual information could be reliably used? • How to define the most appropriated vision/force control structure? In many previous works, during performing a specified task one kind of vision/force control structure has been used which is pre-defined by the programmer. In addition to that, if the task is modified or changed, it would be much complicated for the user to describe the task and to define the most appropriated vision/force robot control especially if the user is inexperienced. Furthermore, vision and force sensors are used only as simple feedback (e.g. vision sensor is used usually as position estimator) or they are intended to avoid the obstacles. Accordingly, much useful information provided by the sensors which help the robot to perform the task autonomously is missed. In our opinion, these lacks of defining the most appropriate vision/force robot control and the weakness in the utilization from all the information which could be provided by the sensors introduce important limits which prevent the robot to be versatile, autonomous, dependable and user-friendly. For this purpose, helping to increase autonomy, versatility, dependability and user-friendly in certain area of robotics which requires vision/force integration is the scope of this thesis. More concretely: 1. Autonomy: In the term of an automatic decision system which defines the most appropriated vision/force control modes for different kinds of tasks and chooses the best structure of vision/force control depending on the surrounding environments and a priori knowledge. 2. Versatility: By preparing some relevant scenarios for different situations, where both the visual servoing and force control are necessary and indispensable. 3. Dependability: In the term of the robot should depend on its own sensors more than on reprogramming and human intervention. In other words, how the robot system can use all the available information which could be provided by the vision and force sensors, not only for the target object but also for the features extraction of the whole scene. 4. User-friendly: By designing a high level description of the task, the object and the sensor configuration which is suitable also for inexperienced user. If the previous properties are relatively achieved, the proposed robot system can: • Perform different successive and complex tasks. • Grasp/contact and track imprecisely placed objects with different poses. • Decide automatically the most appropriate combination of vision/force feedback for every task and react immediately to the changes from one control cycle to another because of occurrence of some unforeseen events. • Benefit from all the advantages of different vision/force control structures. • Benefit from all the information provided by the sensors. • Reduce the human intervention or reprogramming during the execution of the task. • Facilitate the task description and entering of a priori-knowledge for the user, even if he/she is inexperienced.

Elevated arsenic content in food crops pose a serious human health risk. Apart from rice wheat being another main food crop is possibly cultivated on contaminated sites. But for wheat uptake mechanisms are not entirely understood especially with regard to nutrient fertilization and different moisture regimes taking into account heavy rainfall events due to climate change. Here we show that especially higher P-fertilization under changing redox conditions may enhance arsenic uptake. This counteracts with higher N-fertilization reducing arsenic transfer and translocation into aboveground plant parts for both higher P-fertilization and reducing soil conditions. Arsenic speciation did not change in grain but for leaves P-fertilization together with reducing conditions increased the As(V) content compared to other arsenic species. Our results indicate important dependencies of nutrient fertilization, moisture conditions and substrate type on As accumulation of wheat as one of the most important crop plants worldwide with implications for agricultural practices.

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