Bionische Lehre am Standort Aachen, RWTH

Ringvorlesung Bionik I (WS), wöchentlich 2 VL, 1 Ü:

Grundlagen und Methoden aus Biologie und Technik
In dieser Vorlesung und den begleitenden Übungen werden die Begrifflichkeiten der beteiligten Institute/Fachrichtungen eingeführt und damit eine gemeinsame sprachliche Basis geschaffen.


	Fachrichtung	Vortragender, Institut
1	Biologie	Luksch, Biologie II
2	Neurobiologie	Luksch, Biologie II
3	Neurophysiologie	Luksch, Biologie II
4	Maschinenbau 1	Stoffel, Institut Allgemeine Mechanik
5	Maschinenbau 2	Stoffel, Institut Allgemeine Mechanik
6	Maschinenbau 3	Stoffel, Institut Allgemeine Mechanik
7	Elektrotechnik 1	Vorländer, Institut Technische Akustik
8	Elektrotechnik 2	Lenz, Institut Technische Akustik
9	Elektrotechnik 3	Schnakenberg, Werkstoffe der Elektrotechnik
10	Biophysik 1	Offenhäuser, Forschungszentrum Jülich
11	Informatik 1	Seidl, Institut für Datenmanagement und Exploration
12	Informatik 2	Lakemeyer, Institut für Informationssysteme
13	Biophysik 2	Offenhäuser, Forschungszentrum Jülich

Ringvorlesung Bionik II (SS), wöchentlich 2 VL, 1 Ü:

Aufbauend auf die Vorlesung im Wintersemester werden in dieser Ringvorlesung konkrete Probleme und ihre biologischen wie auch technischen Realisierungen thematisiert.


	Problem	Biol. Realisierung	Techn. Realisierung	Vortragender, Institut
1	Sehen	Retina	Retinal Implantat	Luksch, Biologie II
2	Faserverbund-werkstoffe	Naturfasern	Verbundwerkstoffe	Gries/Stüve/Veit, Textiltechnik
3	Schalllokalisation	Grille	Robotik	Wagner, Biologie II
4	Flug	Insekten/Vögel	Microvehicles	Wagner/Brücker, Biologie II/Aerodynamik
5	Bewegung in 3D	Motorcortex	Ableitungen	Disselhorst-Klug, Biophysikalische Messtechnik
6	Spracherzeugung	Stimmgebung	Stimm- und Spracherzeugung	Kob/Kroeger, Phoniatrie
7	Dämpfung	Bandscheibe	Bandscheibenmodell	Butenweg/Grunendahl, Baustatik
8	Optimierung	Evolution	Genetische Algorithmen	Guo, Mathematik C
9	Sauerstoffver-sorgung von Zellen	Durchblutetes Gewebe	Bioreaktor mit immobilisierten Zellen	Büchs, Bioverfahrenstechnik
10	Spiegelauge	Insektenauge	Röntgenfokussierung	Wagner, Biologie II
11	Hybride Systeme I	Zentrales Nervensystem	Intelligente Implantate	Mokwa, Elektrotechnik
12	Hybride Systeme II	Peripheres Nervensystem	Nervenstecker	Mey, Biologie II

Seminar Bionik (SS), wöchentlich 2 Ü:

Das Seminar wird als Diskussionsseminar gehalten, d.h. dass alle Teilnehmer bereiten die Texte vor, die Inhalte werden moderiert durchgesprochen und anschließend diskutiert.


1.	Einführender Artikel: W. Nachtigall "Bionik" (1998 Springer) Kapitel 1 und 2, (ca 22 Seiten, viele Abbildungen), Themenwahl.
2.	Selbstreinigende Oberflächen: Lotoseffekt
3.	Oberflächenmikrostruktur und Effekte auf Strömungswiderstand (Wie funktioniert die Haihaut?)
4.	Ein klassische Beispiel der Bionik: Konstruktionsprinzipien bei Vogel- und Insektenflügeln
5.	Evolutive Algorithmen
6.	Robotik / embodiment
7.	Neuromorphic modelling
8.	Hybride Schaltkreise aus Nervenzellen und Silizium
9.	Retina-Implantate: silicon retina
10.	Hörprothesen, Hirnstammstimulationen
11.	Neurone steuern Roboterarme / Computer steuern Muskeln, Brain Computer Interfaces
12.	Zusammenfassender Rückblick über das Seminar

Blockpraktikum Neurobionik (4 wöchig, ganztägig)

"Modellierung binauraler Verarbeitung", 1 Woche
(Prof. Wagner und Laurent Calmes, Institut für Biologie II)
Schleiereulen sind in der Lage, akustische Signale extrem präzise zu lokalisieren. Die auditorischen Mechanismen sind im Tier bereits gut untersucht und können auch technisch modelliert und auf verschiedene Plattformen implementiert werden. Im Praktikum wird eine Umsetzung des Prinzips programmiert und auf einem Roboter installiert, dessen „Verhalten“ dann registriert wird.

"Biohybrid-Technik", 2 Wochen
(T. Künzel, N. Lautemann, B. Mönig, H. Luksch und P. Bräunig, Institut für Biologie II)
In diesem Teil werden die Teilnehmer Verfahren kennenlernen, mit denen neuronale Zellkulturen gezielt aufgebaut werden können. Dabei werden zuerst allgemeine Kulturverfahren besprochen und angewendet und anschliessend selektiv einzelne Zielzelltypen aus den Geweben isoliert (Dichtegradientenzentrifugation, Magnetsäulentechnik, Vormarkierung). Darüber hinaus werden die biophysikalischen Grundlagen der Interaktion besprochen (Zellmembranen, elektrische Eigenschaften der Zellen, Konditionierung der Trägermaterialien, Produktion mikrostrukturierter Kulturoberflächen etc.).
In einem zweiten Teil werden die kultivierten Zellen dann mit elektrophysiologischen Methoden abgeleitet, d.h. die elektrische Aktivität bei Stimulation registriert und die Reifung der Neuronen dokumentiert. Ebenso werden immunhistochemische Verfahren zur Untersuchung charakteristischer Proteine angewendet.

"Beispiele bionischer Forschung in Aachen und Jülich", 1 Woche
(N.N.)
Zusätzlich werden alle Teilnehmer gemeinsam während einer Woche in verschiedenen Instituten der RWTH einen Einblick in Anwendungen und Beispiele bionischer und neurobionischer Forschung erhalten. Die beteiligten Institute kommen aus der Elektrotechnik, dem FZ Jülich und der Biologie.