Search

Your search keyword '"Eckhardt, Stefan"' showing total 31 results
Start Over Author "Eckhardt, Stefan"
31 results on '"Eckhardt, Stefan"'

1. Smoothed Analysis of Trie Height by Star-like PFAs

Author

Eckhardt, Stefan, Kosub, Sven, and Nowak, Johannes

Subjects
Computer Science - Data Structures and Algorithms, Computer Science - Discrete Mathematics, 68Q25, F.2.2
Abstract

Tries are general purpose data structures for information retrieval. The most significant parameter of a trie is its height $H$ which equals the length of the longest common prefix of any two string in the set $A$ over which the trie is built. Analytical investigations of random tries suggest that ${\bf E}(H)\in O(\log(\|A\|))$, although $H$ is unbounded in the worst case. Moreover, sharp results on the distribution function of $H$ are known for many different random string sources. But because of the inherent weakness of the modeling behind average-case analysis---analyses being dominated by random data---these results can utterly explain the fact that in many practical situations the trie height is logarithmic. We propose a new semi-random string model and perform a smoothed analysis in order to give a mathematically more rigorous explanation for the practical findings. The perturbation functions which we consider are based on probabilistic finite automata (PFA) and we show that the transition probabilities of the representing PFA completely characterize the asymptotic growth of the smoothed trie height. Our main result is of dichotomous nature---logarithmic or unbounded---and is certainly not surprising at first glance, but we also give quantitative upper and lower bounds, which are derived using multivariate generating function in order to express the computations of the perturbing PFA. A direct consequence is the logarithmic trie height for edit perturbations(i.e., random insertions, deletions and substitutions)., Comment: 31 pages; slightly updated version of local technical report TUM-I0715, Institut f\"ur Informatik, Technische Universit\"at M\"unchen, July 2007

Published
2020

10. All-Pairs Ancestor Problems in Weighted Dags

Author

Baumgart, Matthias, Eckhardt, Stefan, Griebsch, Jan, Kosub, Sven, Nowak, Johannes, Hutchison, David, editor, Kanade, Takeo, editor, Kittler, Josef, editor, Kleinberg, Jon M., editor, Mattern, Friedemann, editor, Mitchell, John C., editor, Naor, Moni, editor, Nierstrasz, Oscar, editor, Pandu Rangan, C., editor, Steffen, Bernhard, editor, Sudan, Madhu, editor, Terzopoulos, Demetri, editor, Tygar, Doug, editor, Vardi, Moshe Y., editor, Weikum, Gerhard, editor, Chen, Bo, editor, Paterson, Mike, editor, and Zhang, Guochuan, editor

Published
2007
Full Text
View/download PDF

11. Fast Lowest Common Ancestor Computations in Dags

Author

Eckhardt, Stefan, Mühling, Andreas Michael, Nowak, Johannes, Hutchison, David, editor, Kanade, Takeo, editor, Kittler, Josef, editor, Kleinberg, Jon M., editor, Mattern, Friedemann, editor, Mitchell, John C., editor, Naor, Moni, editor, Nierstrasz, Oscar, editor, Pandu Rangan, C., editor, Steffen, Bernhard, editor, Sudan, Madhu, editor, Terzopoulos, Demetri, editor, Tygar, Doug, editor, Vardi, Moshe Y., editor, Weikum, Gerhard, editor, Arge, Lars, editor, Hoffmann, Michael, editor, and Welzl, Emo, editor

Published
2007
Full Text
View/download PDF

12. Combinatorial Network Abstraction by Trees and Distances

Author

Eckhardt, Stefan, Kosub, Sven, Maaß, Moritz G., Täubig, Hanjo, Wernicke, Sebastian, Hutchison, David, editor, Kanade, Takeo, editor, Kittler, Josef, editor, Kleinberg, Jon M., editor, Mattern, Friedemann, editor, Mitchell, John C., editor, Naor, Moni, editor, Nierstrasz, Oscar, editor, Pandu Rangan, C., editor, Steffen, Bernhard, editor, Sudan, Madhu, editor, Terzopoulos, Demetri, editor, Tygar, Dough, editor, Vardi, Moshe Y., editor, Weikum, Gerhard, editor, Deng, Xiaotie, editor, and Du, Ding-Zhu, editor

Published
2005
Full Text
View/download PDF

14. Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae

Author

Eckhardt, Stefan, Zimmermann, Klaus, Alencastre Miranda, Jorge Hernan, Scharff, Moritz, and Alencastre Miranda, Jorge Hernán

Subjects
Sensores táctiles, Mamíferos--Vibración, purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.00.00 [https], Biomecánica
Abstract

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Rat-ten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbe-schaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespann-ter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager-reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibris-sen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen sich gleichzeitig in Kontakt mit dem Objekt befinden. Basierend auf dieser Einteilung werden verschiedene Gleichungen zur Ermittlung der Fußpunktpositio-nen aller Vibrissen hergeleitet. Das mechanische Modell dient als Grundlage für die Durch-führung von Parameterstudien, in denen der Einfluss der Lager- bzw. Kopplungselastizität sowie des Objektabstandes auf die Lagerreaktionen der einzelnen Vibrissen untersucht wird. Dabei zeigt sich u. a., dass, im Gegensatz zum Objektabstand, eine Lagerelastizität in Ab-tastrichtung keinen Einfluss auf die Maximalwerte der Lagerreaktionen hat. Im Falle zweier gekoppelter Vibrissen können bestimmte Events, wie das Ablösen einer Vibrisse vom Objekt, in den Lagerreaktionen der jeweils anderen Vibrisse detektiert werden. Some mammals exhibit special tactile hairs (vibrissae) for tactile exploration of their environment. This complex sensory organ enables, e.g., rats to detect distances and orientations of objects as well as their contours and surface textures. Vibrissae are located in groups at various parts of the animal’s body, e.g., in the snout region or at the extremities. In litera- ture, most mechanical vibrissa models are limited to the consideration of a single vibrissa, usually modelled as a clamped bending beam. The present work contributes to the inves- tigation of more realistic vibrissae systems, which are elastically coupled. The focus is on object contour scanning and a theoretical generation of the support reactions of each vibris- sa. In doing so, a mutual influence of the vibrissae is taken into account. Firstly, a single vibrissa is modeled as a long, slender, cylindrically shaped beam, whose deformations are described using nonlinear Euler-Bernoulli theory. The model is extended in different levels of abstraction. First, the model is adapted for an elastic support. Secondly, it is extended by a further vibrissa. The coupling of the vibrissae is realized by different structures of springs. For object scanning, the vibrissae model is swept along a strictly convex object profile con- tour quasi-statically and translationally. During the scanning process, a distinction is made between tip and tangential contacts. In addition, different scenarios are derived, respecting which and how many of the vibrissae are in contact with the object simultaneously. Based on this classification, the base positions of all vibrissae are determined during scanning. The mechanical model serves as a basis for parameter studies, which clarify the influence of the elasticities as well as the object distance on the support reactions of each individual vibrissa. The results shows that, in contrast to the object distance, a elastic support, which is aligned with the scanning direction has no influence on the maximum values of the support reactions. Due to the elastic coupling, the snap-off of one vibrissa from the object, can be detected in the support reactions of both coupled vibrissae. Tesis

Published
2020

20. Problem erkannt, Lösung in Sicht? Ein Fahrplan für den Umgang mit Altlasten

Author

Eckhardt, Stefan

Abstract

Vietnam hat aufgrund einer starken Umweltbelastung durch Industrie und Gewerbe verstärkt ökologische und ökonomische Probleme. Daraufhin reagierte die Regierung und erließ am 22. April 2002 das Dekret 64 (QD-TTg). Damit soll ein zeitlicher Fahrplan und eine Prioritätenliste für die Herangehensweise an das Problem Altlasten vorgegeben werden., südostasien – Zeitschrift für Politik • Kultur • Dialog, Bd. 21 Nr. 2 (2005): Alles Müll, oder was? Abfall in Südostasien

Published
2018
Full Text
View/download PDF

21. Malaria : Perceptions and treatment practices among mothers of children under 10 years in rural Ghana

Author

Eckhardt, Stefan and Justus Liebig University Giessen

Subjects
self treatment, perceptions, ddc:610, Mikrozensus, Malariaerkennung, malaria, micro census, Ghana, Selbstmedikation
Abstract

Background: Malaria is one of the diseases which contributes significantly to morbidity and mortality in Africa. 90% of the estimated 300-500 Million malaria cases per year worldwide occur in sub-Sahara Africa. There are at least one million deaths attributed to malaria every year in Africa. To reduce childhood mortality, early and adequate treatment of malaria is essential. In areas of intense transmission, WHO, therefore, recommends all children with fever to be presumptively treated with antimalarials, as part of the strategy of Integrated Management of Childhood Illnesses(IMCI). The need for early adequate treatment, the poor accessibility of health posts and the economic situation, especially in Sub-Saharan Africa, make self-medication and treatment at home often the only option for receiving any kind of treatment. This paper describes health seeking behaviors, as well as perceptions of malaria used as diagnostic criteria and judgment on severity of malaria. The quality of drug treatment is investigated in detail (self medication and outpatient treatment at official health providers) and compared to the treatment standards. Factors contributing to the actual treatment seeking behavior, in particular inner-household decision making dynamics among mothers and fathers, are analyzed. Methods: The study was carried out in the Juansa and Agogo sub-districts of Asante Akim North District in the Asante Region of Ghana. The Asante Akim North district is a holoendemic malaria area. In the Asante Region an overall prevalence of parasitaemia of 49.7-50.7 % was found in the period February April 1998 with Plasmodium falciparum as the predominant species.The study was designed as a cross sectional survey. This study combined both qualitative and quantitative data collection methods to provide a broad understanding of factors and the context influencing mothers´ and fathers´ definition and treatment of childhood malaria. Besides Focus Group Discussions, 1;885 caretakers of children, Hintergrund: Malaria ist in signifikantem Ausmaß für Morbidität und Mortalität in Afrika verantwortlich. Von geschätzten jährlich 300-500 Millionen Malariafällen weltweit treten 90% im Afrika südlich der Sahara auf. Mindestens 1 Million Todesfälle sind jedes Jahr der Malaria zuzuschreiben. Um die Kindersterblichkeit zu senken, ist eine frühzeitige und adäquate Behandlung der Malaria unerläßlich. In Gebieten mit sehr hoher Transmissionsrate rät die WHO daher, als Teil der Integrated Management of Childhood Illnesses (IMCI)- Strategie, alle Kinder mit Fieber als Malariaverdachtsfall mit Antimalariamitteln zu behandeln. Die Notwendigkeit einer frühen adäquaten Behandlung, die schlechte Erreichbarkeit von Gesundheitsposten und die schlechte wirtschaftliche Situation vor allem im Afrika südlich der Sahara, machen Selbstmedikation und behandlung der Malaria oft zur einzigen Option. Die vorliegende Arbeit beschreibt Art des Gesundheitsverhaltens und vorhandenes Wissen über Malaria, das als diagnostische Grundlage zur Einschätzung der Schwere der Malariaerkrankung dient. Die Qualität der Pharmakotherapie der Malaria wird im Detail untersucht (Selbstmedikation und ambulante Behandlung bei offiziellen Gesundheitsversorgern) und mit den offiziellen Behandlungsstandards verglichen. Desweiteren werden Faktoren analysiert, die zum Gesundheits- und Behandlungsverhalten beitragen, insbesondere haushaltsinterne Entscheidungsdynamiken bei Müttern und Vätern. Methoden: Die Studie wurde in den Bezirken Juansa und Agogo des Asante Akim North Districts der Ashanti-Region in Ghana durchgeführt. Im Asante Akim North District tritt Malaria holoendemisch auf. In der Zeit von Februar bis April 1998 wurde in der Asante-Region eine Parasitämieprävalenz von 49.7-50.7 % ermittelt. Die prädominante Parasitenspezies war dabei Plasmodium falciparum. Die Studie wurde als Querschnittsstudie konzipiert. Um ein umfassendes Verständnis der Faktoren zu erhalten, die seitens der Eltern die Erkennung und Behandlung der Malaria ihrer Kinder beeinflussen, kamen dabei sowohl qualitative wie quantitative Datenerhebungsmethoden zum Einsatz. Neben Fokus-Gruppendiskussionen wurden 1885 Mütter von Kindern unter 10 Jahren sowie 955 Ehemänner mit Hilfe eines strukturierten Fragebogens befragt. Es wurden die Behandlungsstrategien von erkannten Malariaepisoden bis 4 Wochen vor dem Interview untersucht. Ergebnisse: Fieber wurde von 76.4% der Mütter und 78.8% der Väter als Leitsymptom der Malaria angesehen. Alle angewandten Studienmethoden zeigten, daß Fieber nur durch Auflegen der Hand 'gemessen' wurde. Von berichteten 801 erkannten Malariaepisoden wurde eine Selbstbehandlung innerhalb 48 Stunden in 662 (82.6%) Fällen und eine professionellen Behandlung in 168 (21%) Fällen durchgeführt. Als Selbstmedikation erhielten nur 329 Kinder (49.7%) Antimalaria-Medikamente, mehrheitlich davon Chloroquin. Von 250 Kindern, die selbstverabreichte Antimalaria-Medikamente erhielten und bei denen Dosierungsinformationen ermittelt werden konnten, erhielten nur 14 (5.6%) die richtige Dosierung. Überdosierungen kamen häufig vor. 576 Mütter (71.9%) waren verheiratet und Informationen über Entscheidungsdynamiken waren bei 573 erhältlich. In ungefähr 2/3 der Fälle wurde die endgültige Behandlungsentscheidung vom Ehemann getroffen, der dann auch in 77.5% der Fälle für die Bezahlung der Behandlung verantwortlich war. Schlußfolgerung: Häusliche Selbstbehandlung ist die häufigste Maßnahme, die zur Malariatherapie ergriffen wird. Die Qualität der häuslichen Selbstbehandlung ist niedrig. Es sollten Anstrengungen unternommen werden, die die häusliche Selbstbehandlung und die Medikamentencompliance verbessern, wie etwa vorgepackte Medikamente und die Einführung von Community-Gesundheitsarbeitern. Angesichts der insbesondere bei Säuglingen häufig vorkommenden Überdosierungen und der niedrigen Spezifität des Symptoms Fieber, sollte die Diagnose Fieber akkurater gestellt werden. Es sollte daher der Einsatz von Fieberthermometern durch die Community-Gesundheitsarbeiter erwogen werden, um nicht die Kinder und vor allem Säuglinge durch die Fehldiagnose Fieber unnötig dem Risiko schwerer Medikamentennebenwirkungen auszusetzen. Desweiteren muß bei der Planung von Malaria-Kontrollprogrammen die Rolle des Ehemannes adäquater beachtet und untersucht werden. Obgleich weitere Untersuchungen der Entschlußdynamiken in den Haushalten auf jeden Fall erforderlich sind, scheint es evident zu sein, daß bei Maßnahmen zur Verbesserung der Frühbehandlung der kindlichen Malaria beide Elternteile einbezogen werden müssen.

Published
2004
Full Text
View/download PDF

23. All-Pairs Ancestor Problems in Weighted Dags.

Author

Hutchison, David, Kanade, Takeo, Kittler, Josef, Kleinberg, Jon M., Mattern, Friedemann, Mitchell, John C., Naor, Moni, Nierstrasz, Oscar, Pandu Rangan, C., Steffen, Bernhard, Sudan, Madhu, Terzopoulos, Demetri, Tygar, Doug, Vardi, Moshe Y., Weikum, Gerhard, Chen, Bo, Paterson, Mike, Zhang, Guochuan, Baumgart, Matthias, and Eckhardt, Stefan

Abstract

This work studies (lowest) common ancestor problems in (weighted) directed acyclic graphs. We improve previous algorithms for the all-pairs representative LCA problem to O(n2.575) by using fast rectangular matrix multiplication. We prove a first non-trivial upper bound of O( min {n2m, n3.575 }) for the all-pairs all lowest common ancestors problem. Furthermore, classes of dags are identified for which the problem can be solved considerably faster. Our algorithms scale with the maximal number of LCAs for one pair and—based on the famous Dilworth's theorem—with the size of a maximum antichain (i.e., width) of the dag. We extend and generalize previous results on computing shortest ancestral distances. It is shown that finding shortest distance common ancestors in weighted dags is not harder than computing all-pairs shortest distances, up to a polylogarithmic factor. Finally, we present a solution for the general all-pairs shortest distance LCA problem based on computing all-pairs all LCAs. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Published
2007
Full Text
View/download PDF

24. Fast Lowest Common Ancestor Computations in Dags.

Author

Hutchison, David, Kanade, Takeo, Kittler, Josef, Kleinberg, Jon M., Mattern, Friedemann, Mitchell, John C., Naor, Moni, Nierstrasz, Oscar, Pandu Rangan, C., Steffen, Bernhard, Sudan, Madhu, Terzopoulos, Demetri, Tygar, Doug, Vardi, Moshe Y., Weikum, Gerhard, Arge, Lars, Hoffmann, Michael, Welzl, Emo, Eckhardt, Stefan, and Mühling, Andreas Michael

Abstract

This work studies lowest common ancestor computations in directed acyclic graphs. We present fast algorithms for solving the All-Pairs Representative LCA and All-Pairs All LCA problems with expected running time of O(n2 logn) and O(n3 loglogn) respectively, where the expectation is taken over a distribution of input graphs. The speed-ups over recently developed methods are achieved by applying transitive reduction on the input dags. The algorithms are experimentally evaluated against previous approaches demonstrating a significant improvement. On the purely theoretical side, we improve the upper bound for All-Pairs All LCA to O(n3.3399). We give first fully dynamic algorithms for both All-Pairs Representative LCA and All-Pairs All LCA. Here, the non-trivial update complexities are O(n2.5) and O(n3) respectively, with constant query times. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Published
2007
Full Text
View/download PDF

25. Combinatorial Network Abstraction by Trees and Distances.

Author

Xiaotie Deng, Dingzhu Du, Eckhardt, Stefan, Kosub, Sven, Maaß, Moritz G., Täubig, Hanjo, and Wernicke, Sebastian

Abstract

This work draws attention to combinatorial network abstraction problems which are specified by a class of pattern graphs and a real-valued similarity measure based on certain graph properties. For fixed and , the optimization task on any graph G is to find a subgraph G′ which belongs to and minimizes . We consider this problem for the natural case of trees and distance-based similarity measures. In particular, we systematically study spanning trees of graphs that minimize distances, approximate distances, and approximate closeness-centrality with respect to some standard vector and matrix norms. The complexity analysis shows that all considered variants of the problem are -complete, except for the case of distance-minimization with respect to the L∞ norm. We further show that unless , there exist no polynomial-time constant-factor approximation algorithms for the distance-approximation problems if a subset of edges can be forced into the spanning tree. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Published
2005
Full Text
View/download PDF

26. Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae

Author

Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, Eckhardt, Stefan, Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, and Eckhardt, Stefan

Abstract

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Rat-ten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbe-schaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespann-ter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager-reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibris-sen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen s, Some mammals exhibit special tactile hairs (vibrissae) for tactile exploration of their environment. This complex sensory organ enables, e.g., rats to detect distances and orientations of objects as well as their contours and surface textures. Vibrissae are located in groups at various parts of the animal’s body, e.g., in the snout region or at the extremities. In litera- ture, most mechanical vibrissa models are limited to the consideration of a single vibrissa, usually modelled as a clamped bending beam. The present work contributes to the inves- tigation of more realistic vibrissae systems, which are elastically coupled. The focus is on object contour scanning and a theoretical generation of the support reactions of each vibris- sa. In doing so, a mutual influence of the vibrissae is taken into account. Firstly, a single vibrissa is modeled as a long, slender, cylindrically shaped beam, whose deformations are described using nonlinear Euler-Bernoulli theory. The model is extended in different levels of abstraction. First, the model is adapted for an elastic support. Secondly, it is extended by a further vibrissa. The coupling of the vibrissae is realized by different structures of springs. For object scanning, the vibrissae model is swept along a strictly convex object profile con- tour quasi-statically and translationally. During the scanning process, a distinction is made between tip and tangential contacts. In addition, different scenarios are derived, respecting which and how many of the vibrissae are in contact with the object simultaneously. Based on this classification, the base positions of all vibrissae are determined during scanning. The mechanical model serves as a basis for parameter studies, which clarify the influence of the elasticities as well as the object distance on the support reactions of each individual vibrissa. The results shows that, in contrast to the object distance, a elastic support, which is aligned with the scanning direction has no, Tesis

27. Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae

Author

Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, Eckhardt, Stefan, Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, and Eckhardt, Stefan

Abstract

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Rat-ten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbe-schaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespann-ter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager-reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibris-sen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen s, Some mammals exhibit special tactile hairs (vibrissae) for tactile exploration of their environment. This complex sensory organ enables, e.g., rats to detect distances and orientations of objects as well as their contours and surface textures. Vibrissae are located in groups at various parts of the animal’s body, e.g., in the snout region or at the extremities. In litera- ture, most mechanical vibrissa models are limited to the consideration of a single vibrissa, usually modelled as a clamped bending beam. The present work contributes to the inves- tigation of more realistic vibrissae systems, which are elastically coupled. The focus is on object contour scanning and a theoretical generation of the support reactions of each vibris- sa. In doing so, a mutual influence of the vibrissae is taken into account. Firstly, a single vibrissa is modeled as a long, slender, cylindrically shaped beam, whose deformations are described using nonlinear Euler-Bernoulli theory. The model is extended in different levels of abstraction. First, the model is adapted for an elastic support. Secondly, it is extended by a further vibrissa. The coupling of the vibrissae is realized by different structures of springs. For object scanning, the vibrissae model is swept along a strictly convex object profile con- tour quasi-statically and translationally. During the scanning process, a distinction is made between tip and tangential contacts. In addition, different scenarios are derived, respecting which and how many of the vibrissae are in contact with the object simultaneously. Based on this classification, the base positions of all vibrissae are determined during scanning. The mechanical model serves as a basis for parameter studies, which clarify the influence of the elasticities as well as the object distance on the support reactions of each individual vibrissa. The results shows that, in contrast to the object distance, a elastic support, which is aligned with the scanning direction has no, Tesis

28. Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae

Author

Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, Eckhardt, Stefan, Alencastre Miranda, Jorge Hernán, Scharff, Moritz, and Eckhardt, Stefan

Abstract

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Rat-ten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbe-schaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespann-ter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager-reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibris-sen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen s, Some mammals exhibit special tactile hairs (vibrissae) for tactile exploration of their environment. This complex sensory organ enables, e.g., rats to detect distances and orientations of objects as well as their contours and surface textures. Vibrissae are located in groups at various parts of the animal’s body, e.g., in the snout region or at the extremities. In litera- ture, most mechanical vibrissa models are limited to the consideration of a single vibrissa, usually modelled as a clamped bending beam. The present work contributes to the inves- tigation of more realistic vibrissae systems, which are elastically coupled. The focus is on object contour scanning and a theoretical generation of the support reactions of each vibris- sa. In doing so, a mutual influence of the vibrissae is taken into account. Firstly, a single vibrissa is modeled as a long, slender, cylindrically shaped beam, whose deformations are described using nonlinear Euler-Bernoulli theory. The model is extended in different levels of abstraction. First, the model is adapted for an elastic support. Secondly, it is extended by a further vibrissa. The coupling of the vibrissae is realized by different structures of springs. For object scanning, the vibrissae model is swept along a strictly convex object profile con- tour quasi-statically and translationally. During the scanning process, a distinction is made between tip and tangential contacts. In addition, different scenarios are derived, respecting which and how many of the vibrissae are in contact with the object simultaneously. Based on this classification, the base positions of all vibrissae are determined during scanning. The mechanical model serves as a basis for parameter studies, which clarify the influence of the elasticities as well as the object distance on the support reactions of each individual vibrissa. The results shows that, in contrast to the object distance, a elastic support, which is aligned with the scanning direction has no, Tesis

Catalog

Books, media, physical & digital resources
See catalog results