Beaucoup de parasites à cycle complexe ont développé la capacité d’altérer le phénotype de leurs hôtes. Il est reconnu que ces modifications d’apparence ou de comportement sont responsables d’une augmentation de la probabilité de prédation de l’hôte intermédiaire par l’hôte définitif. Ce phénomène de manipulation parasitaire peut avoir de nombreuses conséquences à l’échelle de l’écosystème, modifiant les interactions entre les populations d’hôtes et bouleversant leur rôle écologique. Cependant, les parasites manipulateurs sont peu étudiés sur le plan écologique, et l’effet de l’environnement sur l’interaction entre ces parasites et leurs hôtes, notamment en termes de manipulation, est encore largement inconnu. Au cours de cette thèse, j’ai étudié l’effet de l’environnement sur l’interaction entre les gammares, des crustacés amphipodes de grande importance écologique dans les rivières, et leurs parasites acanthocéphales. Mes travaux ont montré que les conditions de ressources alimentaires et de température subies par les hôtes durant le développement des parasites influençaient plusieurs paramètres de l’infection mais n’affectaient pas la manipulation en termes d’utilisation de refuges. Toutefois, tandis que la géotaxie ne dépendait pas non plus de la température, l’impact des parasites sur la phototaxie des gammares était plus fort à haute température. De plus, mes travaux ont montré que l’impact conjoint de la température et des parasites pouvait modifier le rôle détritivore des gammares. Dans un contexte de changements globaux, ces travaux permettent de mieux comprendre l’importance de l’impact des parasites sur leurs hôtes et en prévoir les conséquences écologiques. / Many parasites with complex life cycle have developed the ability to alter the phenotype of their hosts. It is recognized that such changes in appearance and behavior are responsible for an increase in the probability of predation of their intermediate hosts by their definitive hosts. This phenomenon of parasite manipulation can have numerous consequences at the scale of the ecosystem, modifying the interactions between host populations and altering their ecological role. However, manipulative parasites received little attention from an ecological point of view. Thus, the effect of the environment on the interaction between these parasites and their hosts, in particular in terms of manipulation, is largely unknown. In this thesis, I studied the effect of the environment on the interaction between gammarids – ecologically important crustacean amphipods in rivers – and their acanthocephalan parasites. My experiments showed that the conditions of food resources and temperature experienced by gammarids during the development of their parasites influenced several infection parameters, but did not affect behavioral manipulation in terms of use of refuges. Nevertheless, while the geotaxis was not either effected by temperature, the impact of parasites on gammarids phototaxis was stronger at high temperature. Moreover, my studies showed that the cumulative effect of temperature and parasitism could alter the shredder role of gammarids. In a context of global changes, this work provides a better understanding of the importance of the impact of parasites on their hosts, allowing to make previsions on their subsequent ecological consequences.

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Im Fokus dieser Arbeit steht die Konzeption, Entwicklung und Erprobung eines autonomen Roboters zur Instrumentierung eines untertägigen Bergwerks. Der exemplarische Anwendungsfall umfasst das selbstständige Absetzen intelligenter Sensorstationen durch einen Roboterarm. Der Roboter ist einer der ersten mobilen Manipulatoren für den langfristigen Einsatz unter Tage. Ziel ist es, die Sicherheit für den Bergmann zu erhöhen, indem in gefährlichen Situationen der mobile Manipulator als echte Alternative zur Verfügung steht. Das fordert von dem Roboter selbstständiges und adaptives Handeln in einer Komplexität, die mobile Manipulatoren bisher lediglich in strukturierten Umgebungen leisten. Exemplarisch dafür ist das Platzieren von Technik im Altbergbau - Dunkelheit, Nässe und enge Querschnitte gestalten dies sehr herausfordernd. Der Roboter nutzt seine anthropomorphe Hand, um verschiedene Objekte abzusetzen. Das sind im konkreten Fall Sensorboxen, die diese Arbeit für die Instrumentierung des Bergwerks vorschlägt. Wichtig ist, dass das Absetzen autonom geschieht. Der Roboter trifft die Entscheidungen, wo er etwas platziert, welche Trajektorie sein Arm wählt und welchen Planungsalgorithmus er nutzt, vollkommen selbstständig. In dem Zusammenhang entwirft diese Dissertation eine variable Absetzroutine. Der mobile Manipulator baut dafür ein Kollisionsmodell der Umgebung auf, sucht eine geeignete Absetzposition, greift ein vordefiniertes Objekt und platziert dies im Bergwerk. Sicherheit und Robustheit stehen dabei an vorderster Stelle. Entsprechend schließt die Absetzroutine nach dem Absetzen nicht ab, sondern führt eine unabhängige Überprüfung durch. Dabei vergleicht der mobile Manipulator über Sensoren die wahrgenommene mit der angestrebten Objektposition. Hier kommen auf Deep Learning basierende Methoden zum Einsatz, die eine Überprüfung auch in vollkommener Dunkelheit erlauben. In insgesamt 60 Experimenten gelingt das Absetzen in 97% der Fälle mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich. Dabei beschränkt sich diese Evaluierung nicht auf das untertägige Bergwerk, sondern wertet auch Experimente in strukturierten und offenen Umgebungen aus. Diese Breite erlaubt eine qualitative Diskussion von Aspekten wie: Autonomie, Sicherheit und Einfluss der Umgebung auf das Verfahren. Das Ergebnis ist die Erkenntnis, dass der hier vorgestellte Roboter die Lücke zwischen Untertagerobotern und den mobilen Manipulatoren aus Industrieanwendungen schließt. Er steht in gefährlichen Situationen als Alternative zur Verfügung.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Notation Variablenverzeichnis 1. Einleitung 1.1. Motivation 1.2. Forschungsfrage und Beitrag der Arbeit 1.3. Aufbau der Arbeit 2. Forschungstrends bei mobilen Manipulatoren und Untertagerobotern 2.1. Mobile Manipulatoren in verschiedenen Einsatzszenarien 2.2. Wettbewerbe mobiler Manipulatoren und Trends im Forschungsgebiet 2.3. Hard- und Software Komponenten für mobile Manipulatoren 2.4. Zusammenfassung 3. Aufbau von Julius - dem Roboter für den Einsatz im Altbergbau 3.1. Umgebungsbedingungen im untertägigen Altbergbau 3.2. Physischer Aufbau des Roboters 3.3. Softwaretechnische Grundlagen für ein autonomes Handeln 3.4. Zusammenfassung 4. Entwurf der autonomen Absetzroutine für Julius 4.1. Planen von Armbewegungen 4.2. Umgebungsmodell detaillieren 4.3. Bodenfläche identifizieren 4.4. Absetzposition berechnen 4.5. SSB greifen 4.6. Absetzrotation festlegen 4.7. SSB absetzen 4.8. Absetzpose überprüfen 4.9. Zusammenfassung 5. Experimentelle Validierung von Julius und der Absetzroutine 5.1. Beschreibung des Experiments und der generellen Rahmenbedingungen 5.2. Referenzexperimente im Innenbereich 5.3. Experimente im Außenbereich 5.4. Experimente im Forschungs- und Lehrbergwerk 5.5. Diskussion 5.6. Zusammenfassung 6. Zusammenfassung 6.1. Erkenntnisse dieser Arbeit 6.2. Fazit 6.3. Ausblick Literatur Anhang A. Berechnung der Absetzrotation B. Übersicht technischer Daten C. Weiterführende Abbildungen D. Messdaten

Les travaux de cette thèse portent sur la saisie et la manipulation dextre et ont pour dénominateur commun la robustesse vis-à-vis d'un environnement incertain (méconnaissance de la géométrie de l'objet ou du préhenseur, initialisation imparfaite du système, etc). La mesure de qualité de prise permet d'évaluer la stabilité d'une saisie. Nos travaux proposent une nouvelle mesure de qualité de prise, dont le principe reste dans la continuité des méthodes les plus connues qui consistent à déterminer l'espace des torseurs dynamiques applicables sur l'objet par le préhenseur. Notre mesure cherche à déterminer cet espace quelle que soit l'incertitude qui affecte le système préhenseur/objet. On appelle cet ensemble le Reachable Wrench Space under Uncertainties (RWSU). Deux algorithmes sont proposés afin de déterminer un majorant et un minorant du RWSU. La deuxième contribution concerne l'application d'algorithmes de commande robuste aux incertitudes de modèle pour la manipulation dextre. La première méthode de commande que nous proposons est un retour d'état, permettant de répondre à la consigne de manipulation, auquel on ajoute une action dynamique, permettant de répondre aux contraintes de saisie. Le retour d'état est synthétisé suivant un problème d'optimisation avec contraintes LMI. Les contraintes LMI permettent de définir la réponse dynamique du système bouclé, et d'assurer la robustesse aux incertitudes de modèle. Une seconde méthode de commande est proposée afin d'améliorer les performances de suivi de trajectoire pour ce système MIMO en découplant le mouvement à suivre des mouvements perturbateurs résultant des couplages dynamiques entre les axes. / This thesis deals with grasping and dexterous manipulation with multifingered hands, with the robustness to uncertain environments as a common denominator.The first contribution of the present work is a new measure of the grasp quality, which is used to evaluate the stability of a grasp. In the footsteps of the most known methods which consist in determining the reachable wrench space, our measure aims to evaluate this space whatever the uncertainty which affects the gripper/object system. This new space is called Reachable Wrench Space under Uncertainty (RWSU). Two algorithms are proposed to find respectively an upper and a lower bound of the RWSU.The second contribution concerns the application of robust control algorithms for dexterous manipulation. The first control method is composed of as a state-space feedback, which enables a manipulation task, and of an additional dynamic action, allowing to respect the grasp constraints. The state-space feedback is designed for a robust regional pole placement by the resolution of an optimization problem under LMI constraints. The LMI constraints define the dynamic response of the system in closed loop, and ensure the robustness with respect to model uncertainties. A second control method, based on eigenstructure assignment, is proposed to improve the trajectory tracking for the MIMO system. The eigenstructure assignment decouples the movement of the task from the disturbing movements resulting from the dynamic coupling between the axes.

Dans les entrepôts logistiques, les moyens robotiques sont de plus en plus fréquemment utilisés pour réduire les temps non productifs, déplacer des charges lourdes, limiter les risques d'erreurs pendant les opérations de préparation de commandes (picking, de/palettisation,...), faire des inventaires (drones,...) et améliorer les conditions de travail des opérateurs humains. Bien que l'homme reste incontournable pour les tâches de préparation de commande à cause de son adresse et de son aptitude à s'adapter à des tâches toujours différentes, l'augmentation de la productivité est souvent synonyme d'augmentation de la pénibilité au travail (troubles musculo-squelettiques,...). Les travaux de recherche présentés dans cette thèse sont une contribution à la robotisation des opérations de dé/palettisation pour des colis de taille variable qui exigent une grande polyvalence du système de préhension. La solution innovante que nous proposons consiste à utiliser un torse humanoïde équipé de deux bras manipulateurs munis de préhenseurs adaptés à la saisie d'objets de taille et de masse différentes. La principale contribution porte sur la conception d'une loi de commande hybride Force/Position-Position avec commutations, estimation du glissement de l'objet, prise en compte de la compliance et correction de la force de serrage pendant la manipulation. Cette solution suppose d'assurer la collaboration entre les deux bras manipulateurs et de s'adapter à l'environnement matériel et humain (cobotique). / In logistics warehouses, automation in the sense of robotization is frequently being employed to cut down production times by efficiently managing the processes of picking heavy loads, place, pack and palletize, while reducing the risks and errors to improve the working conditions of human operators along the way. The flexibility of human is fundamental for order preparation owing to adaptive skills for task variation, but at the same time increasing productivity is complemented with fatigue (musculoskeletal disorders). In this context the research presented in this thesis is a contribution in the robotization of palletization operations requiring exceptional versatility of manipulation and gripping. We have proposed an innovative solution of utilizing a humanoid torso equipped with two manipulator arms with adaptive grippers to grasp and hold the objects of variable size and mass. The main contribution of research is the development of a hybrid Force / Position-Position control law with commutation and estimation of the object surface slip, while taking into account the compliance and correction of the clamping force during handling. The execution of the control involves the collaboration of the two arms for coordinated manipulation and adaptation to the material and the human environment (cobotics).

In the European Union an environmental risk assessment is required for the registration of new chemicals, biocides, pesticides and pharmaceuticals. In order to avoid the release of potential hazardous substances, various ecotoxicity tests are performed, including acute and chronic fish tests. As a consequence of the new program of the European Union “Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals” (REACH) the number of animal experiments for environmental risk assessment is expected to increase remarkably within the next years. On the other hand there is a strong societal demand for reducing the number of animal tests by using alternative in vitro models. According to EU directives, investigations using non-human vertebrate embryos are considered pain free in vitro methods and are therefore accepted as alternatives to animal experiments. For the acute fish test, the Danio rerio embryo test (DarT) has been established as a replacement method and included in national regulations at least for waste water (German Waste Water Dues Law). However, no alternatives for chronic fish tests are currently available. The overall goal of this thesis was to work towards such a replacement by extending DarT zu Gene-DarT. Toxicants will initially interact at the molecular level with consequences for physiology, fitness and survival. The analysis of gene expression patterns may unravel elements of these molecular events before any phenotypic changes are visible. The hypothesis of this thesis therefore was that chemical-sensitive genes in embryos exposed in a conventional DarT may indicate toxic impact of substances at sub-acute concentrations and thus enhance the sensitivity of the embryo toxicity test. Furthermore, unlike the conventional DarT-endpoints, gene expression analysis will provide insights into mechanistic processes underlying toxicity. The 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA), which is used as a reference compound in the DarT, was selected as model chemical in this thesis. In a first step, differentially expressed genes in embryos exposed to 3,4-DCA were identified by microarray technology and RT-PCR techniques. Six dose-dependent significant differentially expressed genes were identified. These genes were involved in biotransformation pathways (cyp1a, ahr2), stress response (nrf2, maft, ho-1) and cell cycle control (fzr1). Differential expression upon 3,4-DCA exposure was detected below the LOEC (lowest observed effect concentration = 6.2 µM) of survival or developmental disorders of the embryo test (0.78 µM and above). For the validation of stage specific sensitivity, genes were also analysed in post-hatched stages. Extension of exposure to post-hatched stages resulted in a differential expression at lower concentrations as for the embryonic stages, indicating an improved sensitivity due to stage-specific sensitivity or exposure time. To confirm the adaptive function of the 3,4-DCA-sensitive genes, embryonic mRNA abundance was experimentally manipulated by knock down and overexpression. By injection of sense (mRNA) or antisense (siRNA) RNA in one-cell-stages of embryos, the transcript levels of genes were transiently enhanced or repressed in embryos exposed to 3,4-DCA. mRNA injection of the genes cyp1a, ho-1 and nrf2 reduced the number of embryos with 3,4-DCA-induced malformations. In contrast, siRNA injections for the same genes led to an increase in the severity and frequency of developmental disorders. The results clearly indicate the adaptive functions of the investigated genes or their corresponding proteins. This study demonstrates that the analysis of chemical-sensitive gene expression shows the potential to increase the sensitivity of conventional toxicity tests. The analysis of gene expression also provides additional mechanistic information for toxic action, e.g. in the presented study, the involvement of Ah-receptor regulated pathways as an adaptive response. Furthermore, the presented data indicate that functional manipulations, using mRNA and siRNA-injection, are suitable to evaluate the role of differentially expressed genes for toxicity.

Composites have now revolutionized most industries, like aerospace, marine, electrical, transportation, and have proved to be a worthy alternative to other traditional materials. However for a further comprehensive usage, the tailorability of hybrid composites according to the specific application needs on a large-scale production basis is required. In this regard, one of the major fundamental research fields here involves a technology development based on the multiaxial warp-knitting technique for the production of bionic-inspired and application-specific textile preforms that are force compliant and exhibit multi-material design. This article presents a newly developed yarn (warp) path manipulation unit for multiaxial warp-knitting machines that enables a targeted production of customized textile preforms with the above characteristics. The technological development cycle and their experimental validation to demonstrate the feasibility of new technology through production of some patterns for different field of applications are then discussed.

Searching with the key word “measuring instrument of traditional Chinese medical massage” in CNK, 62 academic literature papers can be found. According to statistics, research of “measuring instrument of traditional Chinese medical massage” are carried out in 5 directions, including normalized operation, high-tech based teaching and training, perception analysis of massage manipulation force, the structural design of robot, and the design of measuring instrument. As the manipulation of traditional Chinese medical massage is a multi-field medical effect, without the supporting of measurement of high-tech based multi-field sensor of massage actions, the quantification, normalized and standardized operation, scientific and modern teaching, microcosmic, precise and quantified perception, robotized and intellectualized actuation implementation, and design of measuring instrument are hard to realize. Meanwhile, the online diagnosis and treatment service model of traditional Chinese medical massage based on “internet plus” depends on the establishment of digital database of massage manipulation, which is based on the creation of high-tech sensor system of traditional Chinese medical massage measurement. Thus, the measuring sensor of the traditional Chinese medical massage manipulation is an unavoidable key scientific problem for scientific, normalized, and internet-enabled traditional Chinese medical massage. Flexible fiber grating sensor array will be a research direction for implementing multi-field measurement of traditional Chinese medical massage manipulation.

Les microrobots magnétiques, qui nagent en utilisant des modes de propulsion bio-inspirées, apparaissent très prometteurs pour la manipulation et la caractérisation d'objets à l'échelle microscopique dans des environnements confinés et très restreints, contrairement aux méthodes de micromanipulation classiques. La littérature propose une variété de microrobots avec des formes géométriques et des propriétés magnétiques différentes. Les commandes en mouvement proposées restent cependant simples, peu précises et insuffisamment robustes pour la réalisation de tâches réelles. De plus, il subsiste une incertitude sur le fait que tous ces micronageurs artificiels peuvent accomplir les mêmes tâches avec une performance égale. L'objectif de cette thèse consiste alors à proposer : des commandes de mouvement génériques par asservissement visuel dans l'espace pour tous les types de micronageurs avec des contraintes non holonomes afin d'améliorer les performances de ces micronageurs, un ensemble de critères de comparaison entre des robots avec une topologie ou un mode de propulsion différents pour le choix du micronageur le plus performant pour réaliser une tâche particulière. Des lois de commande de suivi de chemin dans l'espace sont synthétisées et validées expérimentalement sur des nageurs hélicoïdal et flexible sous différentes conditions. Ces robots évoluent dans un fluide à faible nombre de Reynolds, imitant respectivement le mécanisme de locomotion des bactéries et des spermatozoïdes et sont actionnés par un champ magnétique uniforme. Ces deux classes de nageurs possèdent une géométrie et un mode d'actionnement différents. Leurs performances sont ainsi comparées. / Magnetic microrobots, which swim using bio-inspired propulsion modes, appear very promising for manipulation and characterization of objects at microscopic scale inside confined and very restricted environments, unlike conventional micromanipulation methods. The literature proposes a variety of microrobots with different geometric shapes and magnetic properties. However, the motion controls proposed remain simple, imprecise and insufficiently robust for performing real tasks. In addition, there is still uncertainty that all these artificial microswimmers can accomplish the same tasks with equal performance. The objective of this thesis is thus to propose : generic motion controls by visual servoing in space for all kinds of microswimmers with nonholonomic constraints in order to improve the microswimmer performances, a set of comparison criteria between robots with a different topology or propulsion mode for choosing the most efficient microswimmer in order to perform a specific task. Path following control laws in space are synthesized and experimentally validated on helical and flexible swimmers under different conditions. These robots operate in low Reynolds number fluid, imitating respectively bacteria and spermatozoa and are actuated with uniform magnetic field. These two classes of swimmers have different actuation mode and geometric shape. Their performances are thus compared according to the task to be performed, the environment in which the robots evolve and the manufacturing constraints.

Cette thèse traite du problème de planification de mouvement pour objets documentés. La difficulté du problème réside dans le couplage d’un problème symbolique et d’un problème géométrique. Les approches habituelles combinent la planification de tâche et la planification de mouvement. Elles sont complexes à implémenter et coûteuse en temps de calcul. Notre approche se différencie sur trois aspects. Le premier aspect est un cadre théorique modélisant les mouvements admissibles du robot et des objets. Ce modèle théorique utilise des contraintes pour lier tâche symbolique et chemins géométriques accomplissant cette tâche. Un graphe de contrainte permet de modéliser les règles de manipulation. Un algorithme de planification utilisant ce graphe est proposé. Le deuxième aspect est la gestion de chemin contraint. Dans le cadre de la manipulation, un définition abstraite sous forme de contrainte numérique est nécessaire. Un critère de continuité pour les méthodes de type Newton-Raphson est proposé pour assurer la continuité de trajectoire dans des sous-variétés. Le dernier aspect est la documentation des objets. Certaines informations, facile à définir pour l’être humain, accélère grandement la recherche d’une solution. Cette documentation, spécifique à chaque objet et préhenseur, est utilisée pour générer un graphe de contrainte, facilitant ainsi la spécification et la résolution du problème. / This thesis tackles the manipulation planning for documented objects. The difficulty of the problem is the coupling of a symbolic and a geometrical problem. Classical approaches combine task and motion planning. They are hard to implement and time consuming. This approach is different on three aspects. The first aspect is a theoretical framework to model admissible motions of the robot and objects. This model uses constraints to link symbolic task and motions achieving such task. A graph of constraint models the manipulation rules. A planning algorithm using this graph is proposed. The second aspect is the handling of constrained motion. In manipulation planning, an abstract definition of numerical constraint is necessary. A continuity criterion for Newton-Raphson methods is proposed to ensure the continuity of trajectories in sub-manifolds. The last aspect is object documentation. Some information, easy to define for human beings, greatly speeds up the search. This documentation, specific to each object and end-effector, is used to generate a graph of constraint, easing the problem specification and resolution.