In dieser Dissertation untersuche ich das Zusammenspiel mentaler und körperlicher Prozesse, insbesondere den Einfluss von kontemplativem Mentaltraining (KMT) auf Interozeption (innerliches Spüren des Körpers) und physiologische Regulation. In einer großangelegten Trainingsstudie (n = 332, Trainingsdauer 3-9 Monate), der ReSource-Studie, zeige ich, dass KMT die interozeptive Genauigkeit in den Trainingskohorten erhöht, nicht jedoch in einer Retest-Kontrollgruppe. Die Steigerungen in interozeptiver Genauigkeit gehen mit Veränderungen im emotionalen Gewahrsein einher und sagen diese voraus. Im Einklang mit diesen Befunden berichten die Studienteilnehmenden von positiven Veränderungen in verschiedenen Dimensionen des Körpergewahrseins. Diese betreffen vor allem die Fähigkeit, Aufmerksamkeit auf Körperempfindungen aufrechtzuerhalten sowie deren Gebrauch zur Emotionserkennung und -regulation. Ich beschreibe eine neuentwickelte Biofeedback-Aufgabe, welche die Fähigkeit misst, willentlich die hochfrequente Herzratenvariabilität (HF-HRV) hochzuregulieren, wodurch die willentliche parasympathische Kontrollfähigkeit (WPK) indiziert wird. Ich zeige, dass individuelle Unterschiede in WPK mit dem Oxytocin-Rezeptorgen-Polymorphismus rs53576 zusammenhängen und mit individuellen Unterschieden im altruistisch motivierten Verhalten korrelieren. WPK wird durch KMT verbessert, wobei diese Verbesserungen durch den rs53576 Genotyp moduliert werden. In einer weiteren Untersuchung zeige ich, dass retrospektive, subjektive Berichte über eine emotional erregende Erfahrung teilweise die objektiv gemessene körperliche Erregung widerspiegeln. Das Ausmaß dieser körperlich-mentalen Kohärenz ist abhängig von der interozeptiven Genauigkeit. Zusammengenommen vertiefen diese Studien unser Verständnis des Zusammenspiels von physiologischen und mentalen Prozessen und zeigen wie KMT das innerliche Spüren des Körpers und die willentliche physiologische Regulation verbessert. / In this dissertation, I investigate interactions between mental and bodily processes, specifically by studying the influence of contemplative mental training (CMT) on interoception (inner body sensing) and physiological regulation. In a large-scale mental training study (n = 332, training durations 3–9 months), the ReSource Project, I find that CMT increases interoceptive accuracy in the training cohorts, but not in a retest control cohort. These increases in interoceptive accuracy co-occur with and predict improvements in emotional awareness. In line with these objective data on interoception, participants self-report training-related benefits on multiple dimensions of body awareness. The strongest changes occur in the ability to sustain attention to body sensations and the use of this ability to identify and regulate emotions. I also introduce a novel biofeedback task that measures the ability to voluntarily upregulate high frequency heart rate variability (HF-HRV), indicative of voluntary parasympathetic control. Cross-sectional data of the ReSource Project show that individual differences in voluntary parasympathetic control are related to the oxytocin receptor gene rs53576 polymorphism and correlate to individual differences in altruistically motivated behavior. Furthermore, CMT improves various aspects of voluntary HF-HRV regulation, with modulation of these improvements by rs53576 genotype. An additional investigation in cross-sectional data shows that subjective retrospective reports of an emotionally arousing experience partially mirror the objectively measured bodily arousal during the actual experience. Individual differences in this mind–body coherence are related to individual differences in interoceptive accuracy. Together, these studies highlight the tight interplay between physiological and mental processes and show how CMT improves inner body sensing and voluntary physiological regulation.

No description available.

In der vorliegenden Dissertation wurde ein datengetriebenes Verfahren zum maschinellen Lernen von Mensch-Roboter Interaktionen auf Basis von Mensch-Mensch Demonstrationen entwickelt. Während einer Trainingsphase werden Bewegungen zweier Interakteure mittels Motion Capture erfasst und in einem Zwei-Personen Interaktionsmodell gelernt. Zur Laufzeit wird das Modell sowohl zur Erkennung von Bewegungen des menschlichen Interaktionspartners als auch zur Generierung angepasster Roboterbewegungen eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes wird in drei komplexen Anwendungen evaluiert, die jeweils kontinuierliche Bewegungskoordination zwischen Mensch und Roboter erfordern. Das Ergebnis der Dissertation ist ein Lernverfahren, das intuitive, zielgerichtete und sichere Kollaboration mit Robotern ermöglicht.

Der Maschinenbau benötigt zum Erhalt seiner Innovationsfähigkeit neue, ganzheitliche Ansätze, die die vollständige Digitalisierung der Produktentwicklung bis zur digitalen Produktion/Fabrik und auch die Geschäftsprozesse, das Produktionsmanagement und gesamtwirtschaftliche Aspekte einschließen. Ziel der Profillinie ist es, Ressourcen und Kompetenzen zu bündeln und unter Beachtung des industriellen Umfeldes und der Veränderungen im Forschungsumfeld in Deutschland und Europa eine “kritische Masse” an F&E-Potenzial zu schaffen, die es erlaubt, an der Spitze der Maschinenbauforschung zu agieren.

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.

Die numerische Simulation ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Produktentwicklung geworden. Bereits in den frühen Phasen von Studien und Konzepten können unterschiedliche Lösungsansätze für eine Aufgabenstellung bewertet werden. In diesem Zusammenhang wird von virtuellen Prototypen gesprochen. Bei der Simulation mobiler Arbeitsmaschinen erfordert das die Einbindung des Bedieners. Die technologische Leistungsfähigkeit wird wesentlich durch die Interaktion zwischen Bediener und Maschine geprägt. Die Beschreibung des Bedieners durch mathematische Modelle ist bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht mit belastbaren Resultaten erfolgt. Die Entwicklungen im Bereich der Simulationstechnologie und der Computergrafik ermöglichen die Durchführung interaktiver Simulationen in komplexen virtuellen Welten. Damit lässt sich der Bediener direkt in die Simulation einbinden und es können zusätzliche Potenziale, wie z. B. bei der Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion erschlossen werden. Durch die interaktive Simulation in Virtual-Reality-Systemen werden neue Anforderungen an die Simulationssoftware gestellt. Zur Interaktion mit dem Bediener müssen die Eingaben aus den Bedienelementen in Echtzeit verarbeitet und audiovisuelle Ausgaben generiert werden. Dabei sind neben den mathematisch-physikalischen Aspekten der Simulation auch Problemfelder wie Synchronisation, Kommunikation, Bussysteme und Computergrafik zu behandeln. Die Anpassung des Simulationssystems an unterschiedliche Aufgabenstellungen erfordert ein flexibel konfigurierbares Softwaresystem. Als Lösung dieser Aufgabenstellung wird eine Softwarearchitektur vorgestellt, welche die unterschiedlichen Problemfelder durch klar voneinander abgegrenzte Komponenten mit entsprechenden Schnittstellen behandelt. Das entstandene Softwaresystem ist flexibel und erweiterbar. Die Simulationsaufgabe wird durch die Konfiguration des Komponentensystems spezifiziert. Die entstehenden Konfigurationsdateien bilden die Anwendungslogik ab und stellen daher einen der wesentlichen Kostenfaktoren bei der Realisierung interaktiver Simulationen dar. Zur Erhöhung der Wiederverwendbarkeit bestehender Konfigurationsfragmente wird ein kompositionsbasierter Ansatz auf der Basis von Skriptsprachen gewählt. / Numerical simulation has evolved into an indispensable tool in modern product development. Even in the early design phases of studies and concepts several different approaches for one individual task can be evaluated. In this context the term virtual prototypes can be used. For effective simulation of mobile construction site machinery incorporation of the operator\'s influence is required. The technological performance of the machinery is essentially influenced by the interaction between the operator and the machine. Currently, there are no known mathematical models describing the operator\'s behaviour, which give substantiated results. The latest developments in computing technology and computer graphics facilitate interactive simulations in complex virtual worlds. This allows not only the operator to be linked to the simulation but also the investigation of additional research areas such as human-machine-interaction. The application of interactive simulation in virtual reality systems places new demands on the simulation software. Due to the interaction not only input signals from the instruments have to be processed but also audio and visual output has to be generated in real time. In addition to the mathematical and physical aspects of simulation, problems in the areas of synchronisation, communication, bus systems and computer graphics also have to be solved. The adaption of the simulation system to new tasks requires a flexible and highly configurable software system. As a response to these demands, a software architecture is presented which partitions the various problems into finite components with corresponding interfaces. The partitioning results in a flexible and extendable software system. The simulation task is specified by the configuration of the component system. The resulting configuration files reflect the application logic and therefore represent one of the main cost factors in the realisation of the interactive simulations. A composition-based approach is chosen as it raises the level of reuse of existing configuration fragments. This approach is based on scripting languages.

In der industriellen Fertigung unterliegen die Produkteigenschaften und -parameter, unabhängig vom eingesetzten Fertigungsverfahren, gewissen Streuungen. Im Rahmen der Qualitätsprüfung wird daher ermittelt, inwieweit die festgelegten Qualitätsanforderungen an das Produkt bzw. Werkstück trotz der Fertigungsstreuungen erfüllt werden (Brunner et al. 2011) [...] Insbesondere bei einer visuellen Prüfung durch den Menschen hängt das Ergebnis jedoch sehr stark vom jeweiligen Prüfwerker ab. Die wesentlichen Faktoren für die Erkennungsleistung sind Erfahrung, Qualifizierung und Ermüdung des Prüfers, Umgebungsbedingungen, wie Beleuchtung, Schmutz oder akustische Störfaktoren, aber auch die Anzahl und Gewichtung der zu bewertenden Merkmale (Keferstein et al. 2018). Infolge dessen kann die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse negativ beeinflusst werden. Gleiches gilt für die vollständige und konsistente Dokumentation der Sichtprüfung [...] Vor diesem Hintergrund wird ein Mixed Reality-basiertes Assistenzsystem entwickelt, welches den Prüfwerker bei der Durchführung und Dokumentation der visuellen Sichtprüfung unterstützen soll. Die Anforderungen dieses Ansatzes sind aus einem Kooperationsprojekt in der Automobilindustrie abgeleitet. Das dargestellte Assistenzsystem ist daher Teil von übergeordneten Aktivitäten im Zusammenhang mit 3D-Master und einer zeichnungsfreien Produktdokumentation. [...aus der Einleitung]

Der Beitrag gibt einerseits eine Übersicht über die Möglichkeiten von virtuellen Produktdarstellungen durch Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und 360° Medien und vergleicht diese hinsichtlich geeigneter Kriterien um eine gezielte Kommunikation zu erreichen. [... aus der Einleitung]

Die Digitalisierung im Bauwesen steht unter der großen Überschrift Building Information Modeling (BIM). Ziel ist es, Software-Unterstützung für den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks zu schaffen, beginnend bei der Planung über die Bauausführung bis hin zu Bewirtschaftung und Rückbau. Im Ergebnis sollen alle Prozesse effektiver und effizienter gestaltet werden, um die Produktivität der Bauwirtschaft signifikant zu erhöhen. Hierbei sind die verschiedenen Software-Lösungen so ausgelegt, dass ein übergreifendes virtuelles Gesamtmodell entsteht, welches die Gebäudefunktion zum Planungszeitpunkt simuliert und zu optimieren erlaubt, die interdisziplinäre Zusammenarbeit fördert und die Kommunikation zwischen allen Beteiligten erleichtert. Die vielleicht wichtigste und am deutlichsten sichtbare Rolle spielt dabei, neben der Standardisierung der Datenformate, die Umstellung von 2D- auf 3D-Geometriemodelle. In dieser Arbeit wird beschrieben, welche Herausforderungen und Chancen bezüglich BIM für die Planung von Bahn-Bauwerken bestehen. Der spezifische Fokus liegt auf der Anwendung von 3D-CAD- und 3D-Laserscan-Modellen der zu erstellenden Anlagen.

In der vorliegenden Dissertation wurde ein datengetriebenes Verfahren zum maschinellen Lernen von Mensch-Roboter Interaktionen auf Basis von Mensch-Mensch Demonstrationen entwickelt. Während einer Trainingsphase werden Bewegungen zweier Interakteure mittels Motion Capture erfasst und in einem Zwei-Personen Interaktionsmodell gelernt. Zur Laufzeit wird das Modell sowohl zur Erkennung von Bewegungen des menschlichen Interaktionspartners als auch zur Generierung angepasster Roboterbewegungen eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes wird in drei komplexen Anwendungen evaluiert, die jeweils kontinuierliche Bewegungskoordination zwischen Mensch und Roboter erfordern. Das Ergebnis der Dissertation ist ein Lernverfahren, das intuitive, zielgerichtete und sichere Kollaboration mit Robotern ermöglicht.