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Regular singular stratified bundles in positive characteristic
No full textA notion of regular singularity for stratified bundles on a smooth variety over an algebraically closed field of positive characteristic is introduced and studied. Special emphasis is put on the relation of such objects with the étale fundamental group of the variety.
A major result of this thesis is that a stratified bundle is regular singular with finite monodromy if and only if it is trivialized on a finite tame étale covering. This theorem provides a precise link between regular singular differential equations and tame ramification.
It is also studied in which sense the (tame) étale fundamental group controls the category of regular singular stratified bundles. Conjecturally, if the tame étale fundamental group is trivial, then so is the category of regular singular stratified bundles. Partial results in this direction are proved in the final chapter of this thesis.
Four appendices collecting background information are included for the reader's convenience
Intercultural Learning in CLIL
No full textDie vielfältigen Prozesse der Globalisierung erschaffen neue Lebensgefüge, in denen Menschen unterschiedlicher kultureller Herkunft einander begegnen und miteinander interagieren. Um diese Kontaktsituationen und die darin stattfindenden Kommunikationsprozesse erfolgreich zu gestalten, bedarf es Einstellungen und Fertigkeiten, die unter dem Begriff der interkulturellen Kompetenz zusammengefasst werden. Schulisch ist der Erwerb dieser Kompetenz als Querschnittsaufgabe verankert; dabei wird dem bilingualen Unterricht zugesprochen, einen besonders geeigneten Rahmen für interkulturelle Lernprozesse zu bieten.
Die vorliegende Arbeit setzt an diesem Punkt an und stellt zunächst die Gründe für das hohe interkulturelle Lernpotential des bilingualen Unterrichts heraus. Nachfolgend steht die Analyse bilingualer Schulbücher im Mittelpunkt, deren Einsatz als Arbeitsmittel des Unterrichts zwar nicht direkt mit der unterrichtlichen Praxis gleichzusetzen sind, aber dennoch fundierte Rückschlüsse auf anzunehmende Lehr- und Lernprozesse zulassen. In der vorliegenden Studie werden bilinguale Schulbücher (deutsch-englisch: Geschichte, Geographie und Biologie) in Bezug auf ihre Anlage und Umsetzung interkultureller Lerninhalte analysiert. Somit wird ein Beitrag zur produktorientierten Schulbuchforschung geleistet, bei dem inhaltsanalytisch aktuell verwendete Lehr- und Lernmittel untersucht werden.
Bei der Fokussierung interkulturellen Lernens bietet sich ein systematisch-inhaltsanalytischer Forschungsansatz an, der gewährleistet, dass die ausgewählten Bücher unter vergleichbaren Gesichtspunkten betrachtet werden. Methodisch wird daher auf ein theoriegeleitetes Analyseraster in Form eines Kriterienkatalogs rekurriert. Die exemplarische und systematische Evaluation der Schulbucheinheiten ebnet schließlich den Weg, um Impulse für die Entwicklung bilingualer Unterrichtsmaterialien zu geben, die eine interkulturelle Lerndimension inkludieren
Unidirektionale Schaltprozesse auf Basis von cyclischen Pseudopeptiden
No full textZusammenfassung
Das Gebiet der synthetischen molekularen Schalter und Motoren wächst seit einigen Jahren stetig an. Auf der Natur beruhend können die heutigen Systeme hingegen noch nicht mit ihren natürlichen Vorbildern konkurrieren. Allerdings gelang es bisher erfolgreich, unidirektionale Schalter und Motoren zu entwickeln, deren Bewegung gezielt gesteuert werden kann und somit die Grundlage schaffen, um auf molekularer Ebene Arbeit zu verrichten. In dieser Arbeit wird auf die Entwicklung neuer unidirektionaler Systeme und ihrer Schaltprozesse eingegangen.
Im ersten Teil wurde die Anwendung von Biphenylsystemen als Grundelement für unidirektionale Schalter untersucht. Bei diesen sollte mittels energetischer Diskriminierung ein Konformer stabilisiert werden, um auf diesem Wege prinzipiell einen unidirektionalen Bewegungsablauf zu ermöglichen. Zusammenfassend konnte die Konformation der drei Biphenylsysteme 1, 2 und 3 bestimmt, sowie die Vergrößerung des Diederwinkels der Biarylbindungsachse im Vergleich mit (P)-1 bei den Systemen (P)-3 und (P)-4 erfolgreich realisiert werden. Beruhend auf den Biphenylverbindungen sollte somit eine unidirektionale Schaltung von ähnlichen Systemen möglich sein.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde sich mit den unidirektionalen Redoxschaltern (P)-1 und (P)-26 (Abbildung 1.2) beschäftigt. Das System (P)-1 sowie dessen Referenz 33 wurden bereits teilweise in einer vorangegangen Arbeit untersucht.[21] Hier sollten ergänzend die elektrochemischen Untersuchungen vorgenommen werden. Die Schaltung der beiden Systeme 33 und 1 Systeme konnte unter gleichzeitiger Aufnahme von UV-Spektren betrachtet werden. Die Schaltung der Systeme konnte somit erfolgreich nachgewiesen werden. Die spektroelektrochemische Untersuchung konnten sowohl für das Referenzsystem 27 als auch für den Disulfidschalter (P)-26 nicht durchgeführt werden, da als Arbeitselektrode in diesem Fall nur ein Platin-Netz zur Verfügung stand und Sulfide beziehungsweise Thiole an diesen zur irreversiblen Adsorption neigen.
Der dritte Teil dieser Arbeit beinhaltete die Synthese und Untersuchung neuer Säure/Base-Schalter. Zu diesem Zweck wurden Methoxy- und Hydroxyphenylpyridinsysteme gewählt. Es konnten drei verschiedene Systeme sowie die entsprechenden Referenzen erfolgreich synthetisiert und der Schaltprozess nachgewiesen werden
Entschuldigungstrategien bei türkisch-deutsch Bilingualen
No full textThis empirical study aims at examining the bilingual pragmatic competence of Turkish-German bilinguals with a focus on the speech act of apologizing. The main research questions that prompted this study are; “What apologizing strategies do Turkish-German bilinguals use?”, “What kind of strategies do Turkish-German bilinguals implement on a pragmalinguistic and sociopragmatic level?” and “Do they make bi-directional pragmatic transfer?” The findings show that Turkish-German bilinguals apply regarding both politenes and facework issues unique strategies on pragmalinguistic and sociopragmatic level. Discovering characteristics of bilinguals’ language usage - namely the pragmatic competence - is of great importance for SLA and SLT research. Therefore it is expected that the key findings of the study will also serve in the development of innovative and qualitative language programs.Diese empirisch-deskriptive Studie untersucht die bilinguale pragmatische Kompetenz bei türkisch-deutsch Bilingualen. Hierbei liegt der Fokus auf dem Sprechakt des Entschuldigens in Bezug auf u. a. Höflichkeit und Image-Pflege (facework). Die Datenerhebung erfolgte mit Hilfe eines DRPT (Discourse role play test). Die Reaktionen zu zwei Vergehen, die des Nichtbeachtens und des Vordrängelns, wurden in beiden Sprachen aufgenommen. Die Videoaufnahmen ermöglichten auch, non-verbale Aspekte, die einer Entschuldigungstrategie entsprachen, mit einbeziehen zu können, was diese Studie auch von anderen Studien in ihrer Vorgehensweise unterscheidet. Insgesamt wurden 1120 Reaktionen aufgenommen, die einzeln anhand des CCSARP-Schemas codiert wurden. Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass türkisch-deutsch Bilinguale hinsichtlich ihrer Entschuldigungsstrategieauswahl, sowohl auf die Höflichkeit als auch auf die Image-Pflege bezogen, besondere pragmalinguistische und soziopragmatische Erscheinungen aufweisen. Es ist auch zu betonen, dass die Ergebnisse Hinweise auf einen möglichen intersprachlichen Stil aufzeigen. Demzufolge sollen die Forschungsergebnisse dieser Studie u. a. im Rahmen der Curriculumforschung in der Spracherziehung dazu dienen, innovative und effektive Programme zu entwickeln
zwei empirische Untersuchungen zur Erkundung betriebswirtschaftlicher Absatzperspektiven für innovative mobilfunkbasierte Datendienste
No full textKumulative Dissertatio
Investigation of initial attachment and biofilm formation of mesophilic leaching bacteria in pure and mixed cultures and their efficiency of pyrite dissolution
No full textAbstract
The objective of this thesis was to investigate initial attachment and biofilm formation to pyrite surfaces of the mesophilic, acidophilic leaching bacteria Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705, Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 and Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 in pure and mixed cultures and their efficiency in pyrite dissolution.
The highest initial attachment of pure cultures to pyrite grains was detected for Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 and Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622. However, Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 showed the highest leaching rates of pure cultures, whereas Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 is not able to leach pyrite at all. The highest attachment rate for mixed cultures to pyrite grains was detected for Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 with Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705. The highest leaching rates were detected for the pure culture of Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 and all mixed cultures including this strain. Contrary to the high attachment of the mixed culture composed of cells of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 and Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 to pyrite grains, leaching of pyrite grains was low. The investigation of bacterial attachment and leaching of pyrite grains indicated that high attachment rates do not necessarily correlate with high leaching rates.
In particular, initial attachment of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270, Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 and Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 in pure and mixed cultures to pyrite coupons was investigated. A combination of atomic force microscopy and epifluorescence microscopy allowed the visualization of cells, biofilms and pyrite surfaces at the same side with high spatial accuracy.
Visualization of cells on pyrite coupons showed heterogeneous attachment and biofilm formation by both pure and mixed cultures. The bacteria attached as single cells or in small cell clusters to the mineral surface. Only cells of Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 showed rarely cluster formation with higher cell numbers on the pyrite surfaces. However, large areas of the pyrite surface remained cell-free, whereas, others where highly colonized. The highest attachment to pyrite coupons was determined for the pure culture of Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 and the mixed culture of Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23070 with Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 and Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705. The investigation of individual species in mixed cultures on pyrite coupons showed heterogeneously distributed cells with no physical interspecies contact. Depending on the composition of the mixed culture individual species showed increased (Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270) or decreased (L. ferrooxidans DSM 2705) attachment to pyrite coupons.
Attachment of pure cultures of Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705, Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 and Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 considerable changed, if coupons were previously colonized by biofilms whose cells were heat-inactivated before secondary colonization. Increased attachment for Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 and Acidithiobacillus thiooxidans DSM 622 and decreased attachment for Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 was detected.
However, no significant difference in leaching of virgin pyrite coupons compared to precolonized pyrite coupons by pure cultures of Leptospirillum ferrooxidans DSM 2705 and Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270 was detected
Thom-Porteous formulas in algebraic cobordism
No full textThis PhD thesis grew out of the attempt to understand the forms in which the Thom-Porteous formula for the Chow ring could be extended to other oriented cohomology theories and in particular to algebraic cobordism, the universal such theory.
For a suitably generic morphism of vector bundles f:E->F over a scheme X of pure dimension, the Thom-Porteous formula expresses the fundamental class of a degeneracy locus as a determinant in the Chern classes of E and F. The core of the proof consists in dealing with the universal case of morphisms of bundles over the flag bundle Fl(V). In this setting, the degeneracy loci are the so-called Schubert varieties, whose classes in the Chow ring are given by the double Schubert polynomials. The same approach led Buch to prove similar results for the Grothendieck ring of locally coherent sheaves which, once it is made into a graded ring, represents another example of oriented cohomology theory. In this case the fundamental classes of Schubert varieties are described by means of the double Grothendieck polynomials.
In order to generalise these results, I used the work of Hornbostel and Kiritchenko on the push-forward morphism for P^1-bundles in algebraic cobordism to give an explicit description of the push-forward cobordism classes of the Bott-Samelson resolutions in the algebraic cobordism of Fl(V). These schemes over Fl(V) play an imporant role in the classical theory since every Schubert variety is birationally isomorphic to, at least, one member of the family. It then follows that knowing these classes in CH(Fl(V)) and K^0(Fl(V)) automatically gives the fundamental classes of all Schubert varieties.
In the attempt to obtain an extension of this result for a more general oriented cohomology theory, I have specialized the expression obtained in the algebraic cobordism ring off Fl(V) to connected K-theory, the universal theory satisfying birational invariance for smooth schemes. In this context I have been able to give a geometrical interpretation to the double beta-polynomials of Fomin and Kirillov: the push-forward classes of the Bott-Samelson resolutions can be obtained by evaluating the double beta-polynomials at the Chern roots of the bundles used to describe the corresponding Schubert variety, exactly as it was happening for the Chow ring and for the Grothendieck ring
A treatise on first-principles studies of ZnO as diluted magnetic semiconductor
No full textDiluted magnetic semiconductors (DMS) are important functional
materials that bring together two fundamental aspects of electron,
namely the charge and the spin, to derive new properties in
materials. Based on mean-field models it was shown that wide
band gap diluted semiconductors (with ZnO and GaN) could lead
to room temperature ferromagnetism. This triggered much interest
in the subject. However, these results are still under intensive
debate.
The scope of the present thesis is to study the properties of
ZnO doped with transition metal elements by the density functional
theory (DFT). The DFT is an accurate theory for modeling material
properties, which describe the fundamental interactions of electrons
with the nucleus and is in principle free from any parameterization.
In this thesis, there is extensive study of the electronic structure
of ZnO beyond the generalized gradient approximation (GGA) as
exchange-correlation functional (Exc), which is well
known to be associated with some drawback in predicting the
semiconducting properties. One of the method adopted for improvement
is by adding extra correlation-energy to GGA (GGA+U) in line with
the Hubbard model. We find that with adding U on Zn d-orbitals, the band gap improves with simultaneous shift of the Zn d-bands to lower energies. The band gap nevertheless is still far below the
experimental value. Another approach to correct for the Exc is by the treatment of screened hybrid-functionals proposed by Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE), where the contribution to the exchange energy is through the blend of some percentage of screened Hartree-Fock exchange and rest from the GGA exchange. The correlation energy is derived from GGA. This method also has limitations in describing the electronic structure of ZnO. A simple proposition of mixing the GGA+U and the hybrid-functional treatment may be a solution, which has been investigated in this work. The band structure of ZnO has been compared
for various level of theory for Exc, namely, LDA, GGA,
GGA+U, and HSE functionals with different screening lengths (μ).
A proposal for HSE+U functionals has been been put forward and
supported.
Using some of the treatments for Exc as stated above,
the magnetic properties of TM (Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) doped ZnO are
studied. Firstly, the electronic structure calculations for TM doped
ZnO are done with the Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) method with the
LDA and using the coherent potential approximation (CPA). The exchange
integrals are then calculated using the Liechtenstein's formalism,
which are then used in the Monte Carlo simulations to estimate the
critical temperature. A case study for Co doped ZnO is discussed,
where we have calculated the magnetic phase diagram of the system.
Apart from this, supercell calculations with Vienna ab-initio
simulation package (VASP) have been done to compare the role of
various treatment to the Exc. In case of GGA+U,
the U is separately treated on Zn d-orbitals and TM d-orbitals, and then together. From the total energy differences in magnetic states, it is observed that with incorporation of U, all the TM favor antiferromagnetic interactions. This may partially explain why some
experimental studies on TM doped ZnO do not show any ferromagnetic
correlation. Similar conclusion is also reached for most cases in HSE
and HSE+U approach.
One of the recent topics under discussion for polar semiconductor
materials like ZnO is d0 magnetism. There are several reports in experiments on magnetism due to intrinsic-defect and 2p-block elements doped extrinsic ZnO, the source of magnetism is due to
localization of holes and is a topic under active discussion. In present study based on GGA it is shown that Zn-vacancy (VZn) and C substitution on O site (CO) lead to spin-polarized solution. The magnetic energy is mostly below the room-temperature. Related to this, some perspectives of experimental situations which could lead to quenching of such
magnetization is also presented.
Furthermore, studies on pure ZnO clusters based on GGA and HSE
functionals are presented. A general tendency which is observed is
that the bond length predicted in HSE calculations are larger than
those predicted by GGA. Characteristic arrangement of magnetization
density in VZn and CO in clusters as
calculated from GGA is presented.
A direct comparison of the present results with experiments is
difficult because there is wide variety of experimental results
for TM doped ZnO which are mostly dependent on sample preparation
techniques and for the case of d0-magnetism there are very few element specific experimental characterization. However, the
studies presented in the thesis has up-to-date theoretical footing
and this is the strength of the work.Verdünnte magnetische Halbleiter (DMS) sind bedeutende funktionale
Materialien, die die zwei fundamentalen Aspekte des Elektrons
nämlich Ladung und Spin zusammen nutzen, um neue Materialeigenschaften
zu generieren. Im Rahmen von Mean-field Modellen wurde gezeigt,
dass für verdünnte Halbleiter mit großer Bandlücke (die auf ZnO und GaN basieren) Ferromagnetismus bei Raumtemperatur möglich ist.
Dies hat zu einem großen Interesse an diesen Systemen geführt. Allerdings sind diese Ergebnisse immer noch Gegenstand intensiver Diskussion. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung von ZnO, das mit Übergangsmetallen dotiert wurde im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie (DFT). Die DFT ist eine genaue, im Prinzip parameterfreie Methode
zur Modellierung von Materialeigenschaften, die die fundamentalen
Wechselwirkungen des Elektronensystems mit den Kernen beschreibt.
In dieser Arbeit werden intensive Studien von ZnO durchgeführt,
die über die verallgemeinerte Gradientenkorrektur (GGA) für das Austausch-Korrelationsfunktional (Exc) hinausgehen, da die GGA den halbleitenden Charakter nicht hinreichend beschreiben kann. Eine Methode besteht darin der GGA im Rahmen des Hubbard-Modells eine extra Korrelationsenergie zuzufügen (GGA+U). Wir finden, dass U angewendet auf die Zn d-Orbitale zu einer besseren Beschreibung der Bandlücke führt und gleichzeitig die Zn d-Bänder zu tieferen Energien verschoben werden. Trotzdem ist die Bandücke nach wie vor deutlich kleiner als der experimentelle Wert. Eine andere Näherung, die verwendet wird, um Exc zu korrigieren, ist das von Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) vorgeschlagene abgeschirmte (screened) Hybridfunktional. Dabei wird die Austauschenergie anteilig aus screened Hatree-Fock- und GGA-Austauschenergie zusammengesetzt. Die Korrelationsernergie wird mittels GGA bestimmt. Auch diese Methode hat ihre Grenzen hinlänglich der Beschreibung der elektronischen Struktur von ZnO. Eine Lösung scheint die Kombination von GGA+U und Hybridfunktional zu sein, was im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde. Es wurden die Bandstrukturen von ZnO verglichen, die
sich im Rahmen verschiedener Näherungen für Exc
nämlich LDA, GGA, GGA+U und HSE mit unterschiedlichen
Abschirmlängen (μ) ergaben. Die Untersuchungen lassen die Schlussfolgerung zu, dass die Verwendung von HSE+U die beste Beschreibung liefert.
Unter Verwendung der oben genannten Näherungen für Exc
wurden die magnetischen Eigenschaften von TM (Cr, Mn, Fe, Co und Ni)
dotiertem ZnO untersucht. Zuerst wurde die elektronische Struktur des
TM dotierten ZnO im Rahmen der Korringa-Kohn-Rostoker (KKR)-Methode
unter Verwendung der LDA und der Coherent Potential Approximation (CPA) bestimmt. Zur Berechnung der Austauschintegrale wurde der Formalismus von Liechtenstein verwendet. In anschließenden Monte Carlo Simulationen wurden die damit bestimmten Austauschintegrale zur Abschätzung der kritischen Temperatur benutzt. In einer Fallstudie
wurde für Co dotiertes ZnO die Berechnung des magnetischen
Phasendiagramms durchgeführt.
Weiterhin wurden Superzellenrechnungen unter Verwendung des
Vienna Ab Initio Simulation Package (VASP) gemacht, um den Einfluss
verschiedener Behandlungen von Exc zu untersuchen. Im Fall der
GGA+U Approximation wurde U separat auf die d-Orbitale von Zn und TM angewendet sowie auch auf beide d-Orbitale gleichzeitig. Aus den Differenzen der Gesamtenergien folgt, dass in Anwesenheit von U alle TM Atome paramagnetisch sind. Dies könnte
teilweise erklären, warum in experientellen Untersuchungen TM dotiertes
ZnO keine ferromagnetischen Korrelationen gefunden werden. Ähnliche Schluß folgerungen ergeben sich in den meisten Fällen auch im Rahmen
der HSE und HSE+U Näherung.
Ein aktuelles Thema bezüglich polarer Halbleiter wie ZnO ist der
d0-Magnetismus. Obwohl bereits einige experimentelle Arbeiten für ZnO vorliegen, die Magnetismus aufgrund von intrinsischen Defekten und extrinsischen Defekten aufgrund von Dotierung mit Hauptgruppenelementen diskutieren, ist der Ursprung des Magnetismus
nicht geklärt und immer noch Gegenstand aktueller Forschung. In der
vorliegenden auf der GGA basierenden Arbeit wird gezeigt, dass
für Zn-Leerstellen (VZn) und C auf dem Sauerstoffplatz
(CO) eine endliche Spinpolarisation auftritt. The magnetische
Energie liegt in den meisten Fällen unterhalb der Raumtemperatur.
In diesem Zusammenhang wird auch diskutiert welche Bedingungen im
Experiment zu einer Auslöschung der magnetischen Moments
führen können.
Weiterhin wurden ZnO Cluster unter Verwendung von GGA und HSE Fuktionalen
untersucht. Dabei zeigt sich, dass die in HSE-Rechnungen vorhergesagte
Bindungslänge größer ist, als die mit GGA bestimmte Bindungslänge.
Im Fall von GGA wurde auch die Magnetisierungsdichte aufgrund von
VZn und CO untersucht.
Ein direkter Vergleich der Ergebnisse mit experimentellen Daten ist
schwierig, da zwar eine Vielzahl von Ergebnissen für TM dotiertes ZnO vorliegen, diese aber meist von der Probenpräparation abhängen und für den Fall von d0-Magnetismus nur wenige elementspezifische Daten verfügbar sind. Die Stärke dieser Arbeit liegt daher in der Auffindung und Diskussion einer geeigneten theoretischen Beschreibung für magnetische Halbleiter wie ZnO
Modeling, Simulation, and Realization of Cognitive Technical Systems
No full textThis thesis presents a novel approach for the modeling, simulation, and realization of Cognitive Technical Systems.
In contrast to other approaches, in this thesis, the structure and dynamic of the real world is initially formalized my means of an intermediate level instead of implementing a technical model directly. Furthermore, human cognition is investigated in an integrated manner and based on experiments with a mobile robot, as an example for a complex technical system.
The formal description of human interaction and cognition is realized by Situation-Operator-Modeling (SOM), which can be implemented technically by patterns of high-level Petri Nets. With the state space of a SOM-based Petri Net, Human-Machine-Interaction can be analyzed, e.g., in order to detect human errors automatically. Furthermore, several cognitive functions, like planning, execution, perception, and learning, can be simulated. The different cognitive functions and related representations, which are all based on the same methodical background, are combined within an integrated cognitive architecture. Only the interplay among several functions and a novel kind of knowledge structuring, which contributes significantly to reduce the complexity of the real world, enable the realization of human-like behavior for technical systems. The system's capability to establish and to refine goal-directed behavior from interaction with the environment, also if no system-specific initial knowledge is available, is demonstrated by experiments with a mobile robot interacting within a dynamic office environment.
An additional value of this thesis for further research is especially given by the proposed generic approach for modeling, simulation, and analysis of Human-Machine-Interaction. Moreover, the formal description and implementation of the cognitive functions, the developed knowledge structuring, and the cognitive architecture may be applied to arbitrary kind of technical systems.'Modellbildung, Simulation und Realisierung von Kognitiven Technischen Systemen'
In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Realisierung von Kognitiven Technischen Systemen präsentiert.
Gegenüber bestehenden Ansätzen setzt sich diese Arbeit insbesondere dadurch ab, dass die Struktur und Dynamik der realen Welt zuerst über eine methodische Zwischenebene formal beschrieben und erst danach technisch implementiert wird. Zudem wird menschliche Kognition ganzheitlich untersucht und direkt mit Hilfe von Experimenten mit einem mobilen Roboter, als Beispiel für ein komplexes technisches System, erprobt und entwickelt.
Die formale Beschreibung von menschlicher Interaktion und Kognition erfolgt über Situations-Operator-Modellbildung (SOM), welche über spezielle Muster höherer Petrinetze technisch implementiert werden kann. Durch den Zustandsraum eines SOM-basierten Petrinetzes ist es möglich, Mensch-Maschine-Interaktion zu analysieren, um beispielsweise menschliche Fehler automatisiert zu erfassen. Zudem können verschiedene kognitive Funktionen, wie Planen, Handeln, Wahrnehmung und Lernen simuliert werden. Die verschiedenen kognitiven Funktionen und entsprechenden Repräsentationen, welche auf der gleichen methodischen Grundlage basieren, werden in einer kognitiven Architektur zusammengeführt. Erst das Zusammenspiel verschiedener Funktionen und ein neuartiger Ansatz zur Wissensstrukturierung, wodurch insbesondere die Komplexität der realen Welt reduziert wird, ermöglicht die Realisierung menschenähnlichen Verhaltens für technische Systeme. Durch Experimente mit einem mobilen Roboter, der in einer dynamischen Büroumgebung interagiert, kann gezeigt werden, dass das vorgestellte System ohne anwendungsspezifisches Vorwissen in der Lage ist, zielführendes Verhalten aus der Interaktion mit der Umgebung zu erhalten und zu verbessern.
Ein Mehrwert aus dieser Arbeit für weiterführende Forschungsarbeiten ergibt sich insbesondere durch den vorgestellten generischen Ansatz zur Modellbildung, Simulation und Analyse von Mensch-Maschine-Interaktion. Zudem können die formale Beschreibung und die Implementierung der kognitiven Funktionen, der entwickelten Wissensstrukturierung und der darauf aufbauenden kognitiven Architektur auf beliebige technische Systeme übertragen werden