Technische Biologie des Tasthaar-Sinnessystems als Gestaltungsgrundlage für taktile stiftführende Mechanosensoren:
Die Natur bietet ein unerschopfliches Potential an Phanomenen mit technischer Relevanz. Oft scheitert die breite Anwendung von Ideen aus der Biologie am Fehlen einer effektiven Transfermethode zwischen Forschung und industrieller Anwendung. In der vorliegenden Arbeit wird basierend auf einer verglei...
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Ilmenau
Univ.-Verl.
2009
|
| Schriftenreihe: | Berichte aus der Biomechatronik
Bd. 3 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Zusammenfassung: | Die Natur bietet ein unerschopfliches Potential an Phanomenen mit technischer Relevanz. Oft scheitert die breite Anwendung von Ideen aus der Biologie am Fehlen einer effektiven Transfermethode zwischen Forschung und industrieller Anwendung. In der vorliegenden Arbeit wird basierend auf einer vergleichenden Betrachtung biologischer Sinnesorgane und technischer Sensorsysteme ein Konzept zur systematischen Analyse der funktionell entscheidenden Grundprinzipien biologischer Sinnesorgane dargestellt. Dieses Konzept des Reizleitungsapparates ermoglicht die Aufbereitung und Systematisierung biologischen Wissens und eignet sich fur eine Anwendung auf technische Sensoren zur Identifikation des Optimierungspotentials und Entwicklung von Losungsansatzen. Am Beispiel taktiler stiftfuhrender Sensoren wird das Konzept zum Reizleitungsapparat als methodische Leitlinie angewandt Als Untersuchungsobjekt wird aufgrund seiner technisch relevanten Charakteristika das Tasthaar-Sinnessystem von Saugetieren mit den peripheren Strukturen Haarschaft, Follikel-Sinus-Komplex und Mechanorezeptoren ausgewahlt. Ziel der Untersuchungen dieses Sinnesorgans ist nicht die detaillierte Aufklarung aller funktionellen Zusammenhange von der Peripherie bis zu der neuronalen Verarbeitungskette, sondern eine Abstraktion entscheidender Grundprinzipien, die den Ausgangspunkt fur Losungsansatze sensortechnischer Problemstellungen darstellen. Daher erfolgt die Aufarbeitung der biologischen Kenntnisse unter Zuhilfenahme ingenieur-wissenschaftlicher Methoden und Modelle. Die Peripherie des Tasthaar-Sinnesorgans wird als Biegebalken mit nachgiebiger Lagerung interpretiert, deren Steifigkeit aktiv einstellbar ist Wahrend der Haarschaft bezuglich seiner Struktur und der mechanischen Eigenschaften mit verschiedenen experimentellen Methoden untersucht werden kann, muss bei der Analyse des Follikel-Sinus-Komplexes auf deduktive Methoden der Modellbildung zuruckgegriffen werden. Es wird ein auf Grundprinzipien reduziertes mechanisches Modell vorgestellt und dessen Reaktion einerseits als statisches und andererseits als dynamisches System auf verschiedene Erregerkrafte analysiert. Abschlieend werden Ansatzpunkte zur Optimierung taktiler stiftfuhrender Sensoren entwickelt. Schwerpunkte liegen neben Gestaltungsvorschlagen fur die reizaufnehmende Struktur auf der Umsetzung einer nachgiebigen und in ihrer Steifigkeit einstellbaren Lagerung |
| Beschreibung: | XIX, 203 S. Ill., graph. Darst. 21 cm, 250 gr. |
| ISBN: | 9783939473459 |
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| adam_text | XI INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS XV TABELLENVERZEICHNIS XIX 1
EINLEITUNG 1 2 ZUR THEORIE DER SENSOREN 5 2.1 VORBEMERKUNG 5 2.2
BEGRIFFSBESTIMMUNG 7 2.3 SENSORKLASSIFIKATION 8 2.4 MERKMALE
BIOLOGISCHER SINNESORGANE 10 2.5 KONZEPT DES REIZLEITUNGSAPPARATES 12
2.5.1 AUSGEWAHLTES BIOLOGISCHES BEISPIEL 12 2.5.2 ENTWICKLUNG EINES
ALLGETNEINEN KONZEPTES 13 2.5.3 WEITERE PRINZIPIEN VON SINNESORGANEN 17
2.5.4 MOGLICHKEITEN DES ENTWICKELTEN KONZEPTES 18 2.5.5 DISKUSSION 21 3
ANWENDUNG DES ENTWICKELTEN KONZEPTES 25 3.1 VORBEMERKUNGEN 25 3.2
TAKTILE MECHANOSENSOREN IN DER TECHNIK. 26 3.2.1 MIKROSYSTEMTECHNIK 26
3.2.2 QUALITATSKONTROLLE 27 3.2.3 ROBOTIK 27 3.3 TAKTILE STIFTFUEHRENDE
SINNESORGANE 29 3.3.1 SENSILLEN DER GIIEDERFUEBER 30 3.3.2 ANTENNEN DER
INSEKTEN 30 3.3.3 VIBRISSEN DER SAUGETIERE 31 3.4 BIOIOGISCH INSPIRIERTE
TAKTILE SENSOREN 31 3.4.1 STAND DER TECHNIK 31 3.4.2 OPTIMIERUNGSBEDARF
TAKTILER MECHANOSENSOREN 33 4 DAS TASTHAAR-SINNESSYSTEM 35 4.1
ALLGEMEINE CHARAKTERISTIKA 35 4.2 MORPHOLOGISCHE MERKMALE 37 4.2.1
SENSORISCHE KOMPONENTEN 38 4.2.2 AKTORISCHE KOMPONENTEN 40
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/993988504 DIGITALISIERT
DURCH XII 4.3 FUNKTIONELLE MERKMALE 41 4.4 SIGNALVERARBEITUNG 42 4.5
IDENTIFIKATION DES FORSCHUNGSBEDARFS 43 4.5.1 TECHNISCH RELEVANTE
CHARAKTERISTIKA 44 4.5.2 FUNKTIONSHYPOTHESEN 45 4.5.3 KONZEPT DER
ANALYTISCHEN BETRACHTUNGEN 48 5 DER HAARSCHAFT AIS REIZAUFNEHMENDE
STRUKTUR 51 5.1 STRUKTURELLE EIGENSCHAFTEN 51 5.1.1 ALLGEMEINER AUFBAU
VON HAAREN 52 5.1.2 MATERIAL UND METHODEN 54 5.1.3 ERGEBNISSE UND
AUSWERTUNG 57 5.1.4 DISKUSSION 69 5.2 STATISCHE EIGENSCHAFTEN 72 5.2.1
MATERIAL UND METHODEN 73 5.2.2 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG 76 5.2.3
DISKUSSION 82 5.3 DYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN 85 5.3.1 MATERIAL UND
METHODEN 86 5.3.2 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG 88 5.3.3 DISKUSSION 95 5.4
BIEGESTRUKTUREN MIT FESTER LAGERUNG 100 5.4.1 ANALYSIERTE
BIEGESTRUKTUREN 101 5.4.2 ANALYSIERTE PARAMETER 102 5.4.3 SIMULATIONEN
103 5.4.4 DISKUSSION 107 6 DER FOLLIKEL-SINUS-KOMPLEX AIS LAGERUNG 111
6.1 ABSTRAKTION DER GRUNDPRINZIPIEN 111 6.2 BIEGESTRUKTUREN MIT
NACHGIEBIGER LAGERUNG 112 6.2.1 ANALYSIERTE BIEGESTRUKTUREN 112 6.2.2
SIMULATIONEN 114 6.2.3 DISKUSSION 116 6.3 GEREGELTES MECHANISCHES SYSTEM
117 6.3.1 VORBEMERKUNGEN 117 6.3.2 MECHANISCHES MODELLBEISPIEL 120 6.3.3
SIMULATIONEN 124 6.3.4 DISKUSSION 135 7 UEBERTRAGUNG AUF TECHNISCHE
UMSETZUNGEN 141 7.1 ANFORDERUNGEN AN TECHNISCHE SENSOREN 141 7.2
GESTALTUNGSVORSCHLAGE FUER DIE REIZAUFNEHMENDE STRUKTUR 143 7.2.1
AUSENKONTUR 143 7.2.2 MATERIAL 144 7.2.3 AULSENHUELLE 146 7.2.4
OBERFLACHENSTRUKTUR 146 7.2.5 BINNENSTRUKTUR 147 7.3
GESTALTUNGSVORSCHLAGE FUER DIE SENSORELEMENTE 147 7.4
GESTALTUNGSVORSCHLAGE FUER DIE ANKOPPLUNG 149 7.4.1 NACHGIEBIGE
ANKOPPLUNG 149 7.4.2 EINSTELLBARE STEIFIGKEIT 151 8 DISKUSSION 155 8.1
METHODENKRITIK 155 8.2 KONZEPT DES REIZLEITUNGSAPPARATES 157
8.3STRUKTUR-FUNKTIONS-KORRELATION 158 8.4 TECHNISCHE ANFORDERUNGEN UND
BIOLOGISCHE LDSUNGEN 161 9AUSBLICK 165 9.1 WEITERENTWICKLUNG DES
REIZLEITUNGSAPPARAT-KONZEPTES 165 9.2 EXPERIMENTELLE ANALYSEN 165 9.3
MODELLIERUNG UND SIMULATION 167 9.4 TECHNISCHE UMSETZUNG 168 10
ZUSAMMENFASSUNG 171 ANHANG 179 LITERATURVERZEICHNIS 189 THESEN 201 XIII
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| spelling | Carl, Kathrin 1980- Verfasser (DE-588)13000829X aut Technische Biologie des Tasthaar-Sinnessystems als Gestaltungsgrundlage für taktile stiftführende Mechanosensoren von Kathrin Carl. [Technische Universität Ilmenau] Ilmenau Univ.-Verl. 2009 XIX, 203 S. Ill., graph. Darst. 21 cm, 250 gr. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Berichte aus der Biomechatronik Bd. 3 Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008 Die Natur bietet ein unerschopfliches Potential an Phanomenen mit technischer Relevanz. Oft scheitert die breite Anwendung von Ideen aus der Biologie am Fehlen einer effektiven Transfermethode zwischen Forschung und industrieller Anwendung. In der vorliegenden Arbeit wird basierend auf einer vergleichenden Betrachtung biologischer Sinnesorgane und technischer Sensorsysteme ein Konzept zur systematischen Analyse der funktionell entscheidenden Grundprinzipien biologischer Sinnesorgane dargestellt. Dieses Konzept des Reizleitungsapparates ermoglicht die Aufbereitung und Systematisierung biologischen Wissens und eignet sich fur eine Anwendung auf technische Sensoren zur Identifikation des Optimierungspotentials und Entwicklung von Losungsansatzen. Am Beispiel taktiler stiftfuhrender Sensoren wird das Konzept zum Reizleitungsapparat als methodische Leitlinie angewandt Als Untersuchungsobjekt wird aufgrund seiner technisch relevanten Charakteristika das Tasthaar-Sinnessystem von Saugetieren mit den peripheren Strukturen Haarschaft, Follikel-Sinus-Komplex und Mechanorezeptoren ausgewahlt. Ziel der Untersuchungen dieses Sinnesorgans ist nicht die detaillierte Aufklarung aller funktionellen Zusammenhange von der Peripherie bis zu der neuronalen Verarbeitungskette, sondern eine Abstraktion entscheidender Grundprinzipien, die den Ausgangspunkt fur Losungsansatze sensortechnischer Problemstellungen darstellen. Daher erfolgt die Aufarbeitung der biologischen Kenntnisse unter Zuhilfenahme ingenieur-wissenschaftlicher Methoden und Modelle. Die Peripherie des Tasthaar-Sinnesorgans wird als Biegebalken mit nachgiebiger Lagerung interpretiert, deren Steifigkeit aktiv einstellbar ist Wahrend der Haarschaft bezuglich seiner Struktur und der mechanischen Eigenschaften mit verschiedenen experimentellen Methoden untersucht werden kann, muss bei der Analyse des Follikel-Sinus-Komplexes auf deduktive Methoden der Modellbildung zuruckgegriffen werden. Es wird ein auf Grundprinzipien reduziertes mechanisches Modell vorgestellt und dessen Reaktion einerseits als statisches und andererseits als dynamisches System auf verschiedene Erregerkrafte analysiert. Abschlieend werden Ansatzpunkte zur Optimierung taktiler stiftfuhrender Sensoren entwickelt. Schwerpunkte liegen neben Gestaltungsvorschlagen fur die reizaufnehmende Struktur auf der Umsetzung einer nachgiebigen und in ihrer Steifigkeit einstellbaren Lagerung Taktiler Sensor - Sinushaar - Bionik Taktiler Sensor (DE-588)4184370-8 gnd rswk-swf Bionik (DE-588)4006888-2 gnd rswk-swf Sinushaar (DE-588)4580843-0 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Taktiler Sensor (DE-588)4184370-8 s Sinushaar (DE-588)4580843-0 s Bionik (DE-588)4006888-2 s DE-604 DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=020213774&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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