Entropie‐dominierte Selbstorganisationsprozesse birnenförmiger Teilchensysteme

The ambition to recreate highly complex and functional nanostructures found in living organisms marks one of the pillars of today‘s research in bio- and soft matter physics. Here, self-assembly has evolved into a prominent strategy in nanostructure formation and has proven to be a useful tool for many complex structures. However, it is still a challenge to design and realise particle properties such that they self-organise into a desired target configuration. One of the key design parameters is the shape of the constituent particles. This thesis focuses in particular on the shape sensitivity of liquid crystal phases by addressing the entropically driven colloidal self-assembly of tapered ellipsoids, reminiscent of „pear-shaped“ particles. Therefore, we analyse the formation of the gyroid and of the accompanying bilayer architecture, reported earlier in the so-called pear hard Gaussian overlap (PHGO) approximation, by applying various geometrical tools like Set-Voronoi tessellation and clustering algorithms. Using computational simulations, we also indicate a method to stabilise other bicontinuous structures like the diamond phase. Moreover, we investigate both computationally and theoretically(density functional theory) the influence of minor variations in shape on different pearshaped particle systems, including the stability of the PHGO gyroid phase. We show that the formation of the gyroid is due to small non-additive properties of the PHGO potential. This phase does not form in pears with a „true“ hard pear-shaped potential. Overall our results allow for a better general understanding of necessity and sufficiency of particle shape in regards to colloidal self-assembly processes. Furthermore, the pear-shaped particle system sheds light on a unique collective mechanism to generate bicontinuous phases. It suggests a new alternative pathway which might help us to solve still unknown characteristics and properties of naturally occurring gyroid-like nano- and microstructures.Ein wichtiger Bestandteil der heutigen Forschung in Bio- und Soft Matter Physik besteht daraus, Technologien zu entwickeln, um hoch komplexe und funktionelle Strukturen, die uns aus der Natur bekannt sind, nachzubilden. Hinsichtlich dessen ist vor allem die Methode der Selbstorganisation von Mikro- und Nanoteilchen hervorzuheben, durch die eine Vielzahl verschiedener Strukturen erzeugt werden konnten. Jedoch stehen wir bei diesem Verfahren noch immer vor der Herausforderung, Teilchen mit bestimmten Eigenschaften zu entwerfen, welche die spontane Anordnung der Teilchen in eine gewünschte Struktur bewirken. Einer der wichtigsten Designparameter ist dabei die Form der Bausteinteilchen. In dieser Dissertation konzentrieren wir uns besonders auf die Anfälligkeit von Flüssigkristallphasen bezüglich kleiner Änderungen der Teilchenform und nutzen dabei das Beispiel der Selbstorganisation von Entropie-dominierter Kolloide, die dem Umriss nach verjüngten Ellipsoiden oder "Birnen" ähneln. Mit Hilfe von geometrischen Werkzeugen wie z.B. Set-Voronoi Tessellation oder Cluster-Algorithmen analysieren wir insbesondere die Entstehung der Gyroidphase und der dazugehörigen Bilagenformation, welche bereits in Systemen von harten Birnen, die durch das pear hard Gaussian overlap (PHGO) Potential angenähert werden, entdeckt wurden. Des Weiteren zeigen wir durch Computersimulationen eine Strategie auf, um andere bikontinuierliche Strukturen, wie die Diamentenphase, zu stabilisieren. Schlussendlich betrachten wir sowohl rechnerisch (durch Simulationen) als auch theoretisch (durch Dichtefunktionaltheorie) die Auswirkungen kleiner Abweichungen der Teilchenform auf das Verhalten des kolloiden, birnenförmigen Teilchensystems, inklusive der Stabilität der PHGO Gyroidphase. Wir zeigen, dass die Entstehung des Gyroids auf kleinen nicht-additiven Eigenschaften des PHGO Birnenmodells beruhen. In ''echten'' harten Teilchensystemen entwickelt sich diese Struktur nicht. Insgesamt ermöglichen unsere Ergebnisse einen besseren Einblick auf das Konzept von notwendiger und hinreichender Teilchenform in Selbstorganistationsprozessen. Die birnenförmigen Teilchensysteme geben außerdem Aufschluss über einen ungewöhnlichen, kollektiven Mechanismus, um bikontinuierliche Phasen zu erzeugen. Dies deutet auf einen neuen, alternativen Konstruktionsweg hin, der uns möglicherweise hilft, noch unbekannte Eigenschaften natürlich vorkommender, gyroidähnlicher Nano- und Mikrostrukturen zu erklären

Entropically driven self-assembly of pear-shaped nanoparticles

This thesis addresses the entropically driven colloidal self-assembly of pear-shaped particle ensembles, including the formation of nanostructures based on triply periodic minimal surfaces, in particular of the Ia3d gyroid. One of the key results is that the formation of the Ia3d gyroid, re-ported earlier in the so-called pear hard Gaussian overlap (PHGO) approximation and confirmed here, is due to a slight non-additivity of that potential; this phase does not form in pears with true hard-core potential. First, we computationally study the PHGO system and present the phase diagram of pears with an aspect ratio of 3 in terms of global density and particle shape (degree of taper), containing gyroid, isotropic, nematic and smectic phases. We confirm that it is adequate to interpret the gyroid as a warped smectic bilayer phase. The collective behaviour to arrange into interdigitated sheets with negative Gauss curvature, from which the gyroid results, is investigated through correlations of (Set-)Voronoi cells and local curvature. This geometric arrangement within the bilayers suggests a fundamentally different stabilisation mechanism of the pear gyroid phase compared to those found in both lipid-water and di-block copolymer systems forming the Ia3d gyroid. The PHGO model is only an approximation for hard-core interactions, and we additionally investigate, by much slower simulations, pear-assemblies with true hard-core interactions (HPR). We find that HPR phase diagram only contains isotropic and nematic phases, but neither gyroid nor smectic phases. To understand this shape sensitivity more profoundly, the depletion interactions of both models are studied in two pear-shaped colloids dissolved in a hard sphere solvent. The HPR particles act as one would expect from a geometric analysis of the excluded-volume minimisation, whereas the PHGO particles show deviations from this expectation. These differences are attributed to the unusual angle dependency of the (non-additive) contact function and, more so, to small overlaps induced by the approximation. For the PHGO model, we further demonstrate that the addition of a small concentration of hard spheres ("solvent") drives the system towards a Pn3m diamond phase. This result is explained by the greater spatial heterogeneity of the diamond geometry compared to the gyroid where additional material is needed to relieve packing frustration. In contrast to copolymer systems, however, the solvent mostly aggregates near the diamond minimal surface, driven by the non-additivity of the PHGO pears. At high solvent concentrations, the mixture phase separates into “inverse” micelle-like structures with the blunt ends at the micellar centres and thin ends pointing out-wards. The micelles themselves spontaneously cluster, indicative of a hierarchical self-assembly process for bicontinuous structures. Finally, we develop a density functional for hard solids of revolution (including pears) within the framework of fundamental measure theory. It is applied to low-density ensembles of pear-shaped particles, where we analyse their response near a hard substrate. A complex orientational ordering close to the wall is predicted, which is directly linked to the particle shape and gives insight into adsorption processes of asymmetric particles. This predicted behaviour and the differences between the PHGO and HPR model are confirmed by MC simulations

Development of analytical methods for the characterization of tempera paintings at micro- and nano-scale and their deterioration and biodeterioration processes

Egg (the whole, the yolk or the white) is a natural product used since ancient times as tempera painting medium mainly in Europe and the Mediterranean Basin countries. In addition, egg is a complex multicomponent microstructured system susceptible of being influenced by the pigments that compose the paints, as well as a source of nutrient susceptible of biodeterioration. Modifying effect of artists' pigments on the binding medium as well as, the microbial biodeterioration are responsible for changes in the structure and composition of the binding medium and, consequently, on the physico-chemical properties of the paint. For this purpose, analytical techniques such as Fourier transform infrared spectroscopy - attenuated total reflection (FTIR-ATR) was used for the chemical characterization, Field emission scanning microscopy (FESEM) and Atomic force microscopy - nanoindentation (AFM-nanoindentation) were run for morphological and mechanical characterization of the deterioration processes resulted from the pigment-binder interactions involved in tempera painting. On the other hand, the current research report the application of the voltammetry of microparticles (VMP), complemented with FTIR-ATR, FESEM and AFM-nanoindentation techniques to monitor the deterioration of a series of tempera reconstructed model paint specimens under the action of different biological agents. This methodology would be of application for identifying the type of biological agent causing deterioration of painting, which is an important problem affecting cultural heritage. The analysis of biodeterioration processes is complicated by the fact that the action of microorganisms can affect both pigment and binding media. The deterioration of pictorial specimens by Acremonium chrysogenum, Aspergillus niger, Mucor rouxii, Penicillium chrysogenum and Trichoderma pseudokoningii fungi and Arthrobacter oxydans, Bacillus amyloliquefaciens and Streptomyces cellulofans bacteria was tested using sample-modified graphite electrodes immersed into aqueous electrolytes. Finally, the study carried out by means of FTIR-ATR, FESEM and AFM-nanoindentation confirms that egg proteins attached to the pigment grains changes their secondary structures. The results obtained also confirm that proteins and phospholipids are prevalently established linkages with the solid particles of pigment whereas triglycerides should be integrated in the complex binding network responsible for the cohesion of the paint film. Interactions between egg components with solid pigment particles are described and correlated with micromorphology and mechanical properties determined at micro- and nano-scale on the reconstructed model paint specimens. As a result of the crossing of VMP data with the results obtained by means of FTIR, FESEM and AFM-nanoindentation, the voltammetric signals obtained were associated to the electrochemical reduction of pigments and different complexes associated to the binding media. These results were particularly relevant in the study of biodeterioration, to allowing the electrochemical monitoring of biological attack.El huevo (entero, yema o clara) es un producto natural utilizado desde la antigüedad como medio aglutinante en la pintura al temple, principalmente en Europa y los países de la cuenca mediterránea. Además, el huevo es un complejo sistema multicomponente microestructurado susceptible de ser alterado por los pigmentos que componen las pinturas, así como fuente de nutrientes susceptible de biodeterioro. El efecto de los pigmentos sobre el medio aglutinante, así como el biodeterioro microbiano son responsables de cambios en la estructura y composición del medio aglutinante y, por consiguiente, en las propiedades fisicoquímicas de la pintura. Es por esto que, se utilizaron técnicas analíticas como la Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier en modo Reflexión Total Atenuada (FTIR-ATR), para la caracterización química de los procesos de deterioro resultantes de las interacciones pigmento-aglutinante en la pintura al temple. Así mismo, se utilizó Microscopía Electrónica de Emisión de Barrido (FESEM) para el estudio morfológico de las muestras, y para el estudio de las propiedades mecánicas Microscopía de Fuerza Atómica en modo Nanoindentación (AFM-nanoindentación). Por otro lado, la presente investigación propone el uso de la Voltamperometría de Micropartículas (VMP), en conjunto con otras técnicas de análisis como FTIR-ATR, FESEM y AFM-nanoindentación para el estudio del biodeterioro producido por hongos y bacterias sobre una serie muestras pictóricas sometidas. El estudio de las alteraciones causadas por el biodeterioro es complicado por el hecho de que la acción de los microorganismos puede afectar tanto al pigmento como al medio aglutinante. Para esto, se prepararon una serie de muestras de pinturas al temple y emulsión que fueron inoculadas con los hongos Acremonium chrysogenum, Aspergillus niger, Mucor rouxii, Penicillium chrysogenum, y Trichoderma pseudokoningii, y las bacterias Arthrobacter oxydans, Bacillus amyloliquefaciens y Streptomyces cellulofans. El estudio voltamperometrico se realizó utilizando electrodos de grafito modificados con las muestras inmersos en un electrolito acuoso. Las conclusiones obtenidas de manera general, apuntan a que las proteínas presentes en el huevo cambian su estructura secundaria al adherirse a los granos de pigmento. La información química, morfológica y mecánica obtenida por las diferentes técnicas de análisis instrumental es consistente. Finalmente, como resultado del cruce de los datos VMP con los resultados obtenidos mediante FTIR, FESEM y AFM-nanoindentación, las señales voltamperometricas obtenidas se asociaron a la reducción electroquímica de los pigmentos y a los complejos formados con el medio aglutinante. Estos resultados fueron particularmente relevantes en el estudio del biodeterioro de las películas pictóricas inoculadas, para permitir la monitorización electroquímica del ataque microbiológico.L'ou (sencer, rovell o clara) és un producte natural utilitzat des de l'antiguitat com a mitjà aglutinant en la pintura al tremp, principalment a Europa i els països de la conca mediterrània. A més, l'ou és un complex sistema multicomponent MICROESTRUCTURAT susceptible de ser alterat pels pigments que componen les pintures, així com a font de nutrients susceptible de biodeterioració. L'efecte dels pigments sobre el medi aglutinant, així com el BIODETERIORI microbià són responsables de canvis en l'estructura i composició del medi aglutinant i, per tant, en les propietats fisicoquímiques de la pintura. És per això que, es van utilitzar tècniques analítiques com l'Espectroscòpia Infraroja per Transformada de Fourier en mode Reflexió Total Atenuada (FTIR-ATR), per a la caracterització química dels processos de deteriorament resultants de les interaccions pigment-aglutinant en la pintura al tremp. Així mateix, es va utilitzar Microscòpia Electrònica d'emissió de Rastreig (FESEM) per a l'estudi morfològic de les mostres, i per a l'estudi de les propietats mecàniques Microscòpia de Força Atòmica en mode Nanoindentació (AFM-nanoindentació). D'altra banda, la present investigació proposa l'ús de la Voltamperometría de Micropartícules (VMP), en conjunt amb altres tècniques d'anàlisi, com FTIR-ATR, FESEM i AFM-nanoindentació per a l'estudi de l'biodeterioració produït per fongs i bacteris sobre una sèrie de mostres pictòriques sotmeses. L'estudi de les alteracions causades pel biodeteriori és complicat pel fet que l'acció dels microorganismes pot afectar tant el pigment com al medi aglutinant. Per això, es van preparar una sèrie de mostres de pintures al tremp i emulsió que van ser inoculades amb els fongs Acremonium chrysogenum, Aspergillus niger, Mucor rouxii, Penicillium chrysogenum, i Trichoderma pseudokoningii i els bacteris Arthrobacter oxydans, Bacillus amyloliquefaciens i Streptomyces cellulofans. L'estudi voltamperomètric es va realitzar utilitzant electrodes de grafit modificats amb les mostres immersos en un electròlit aquós. Les conclusions obtingudes de manera general, apunten que les proteïnes presents en l'ou canvien la seva estructura secundària al adherir-se als grans de pigment. La informació química, morfològica i mecànica obtinguda per les diferents tècniques d'anàlisi instrumental és consistent. Finalment, com a resultat de l'encreuament de les dades VMP amb els resultats obtinguts mitjançant FTIR, FESEM i AFM-nanoindentació, els senyals voltamperomètrics obtinguts es van associar a la reducció electroquímica dels pigments i als complexos formats amb el medi aglutinant. Aquests resultats van ser particularment rellevants en l'estudi del biodeteriori de les pel·lícules pictòriques inoculades, per tal de permetre la monitorització electroquímica de l'atac microbiològic.Ortiz Miranda, A. (2017). Development of analytical methods for the characterization of tempera paintings at micro- and nano-scale and their deterioration and biodeterioration processes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90571TESI

Initiating Complement-Dependent Synaptic Refinement: Mechanisms of Neuronal C1q Regulation

Immune molecules, including complement proteins, C1q and C3, have emerged as critical mediators of synaptic refinement and plasticity. Complement proteins localize to synapses and refine the developing retinogeniculate system via C3-dependent microglial phagocytosis of synapses. Retinal ganglion cells (RGCs) express C1q, the initiating protein of the classical complement cascade, during retinogeniculate refinement; however, the signals controlling C1q expression and function remain elusive. RGCs grown in the presence of astrocytes significantly upregulated C1q compared to controls, implicating an astrocyte-derived factor in neuronal C1q expression. A major goal of my dissertation research was to identify the signals that regulate C1q expression and function in the developing visual system. In this study, I have identified transforming growth factor beta $(TGF-\beta)$, an astrocyte-secreted cytokine, as both necessary and sufficient for C1q expression in RGCs through an activity-dependent mechanism. Specific disruption of retinal $TGF-\beta$ signaling resulted in a significant reduction in the deposition of C1q and downstream C3 at retinogeniculate synapses and significant synaptic refinement defects in the retinogeniculate system. Microglia engulfment of RGC inputs in the lateral geniculate nucleus (LGN) was also significantly reduced in retinal $TGF\beta$RII KOs, phenocopying the engulfment defects observed in C1q KOs, C3 KOs, and CR3 KOs. Interestingly, in C1q KOs and retinal $TGF\beta$RII KOs, microglia also failed to preferentially engulf less active inputs when retinal activity was manipulated, suggesting that retinal activity and $TGF-\beta$ signaling cooperatively regulate complement mediated synaptic refinement. In support of this hypothesis, blocking spontaneous activity in RGC cultures significantly reduced C1q upregulation by $TGF-\beta$. Moreover, manipulating spontaneous retinal activity in vivo modulated C1q expression levels in RGCs and C1q deposition in the LGN. Together these findings support a model in which retinal activity and $TGF-\beta$ signaling control expression and local release of C1q in the LGN to regulate microglia-mediated, complement-dependent synaptic pruning. These results provide mechanistic insight into synaptic refinement and, potentially, pathological synapse loss which occurs in the early stages of neurodegenerative diseases concurrently with aberrant complement expression and reactive gliosis

On the contributions of retinal direction selectivity to cortical motion processing in mice

Synet er en fundamental sans, og sansningen af bevægelse er velsagtens en af de vigtigste opgaver for synsapparatet. Til dette formål findes der celler, som særligt reagerer på objekter, der bevæger sig i en bestemt retning og derfor siges at være retnings-selektive (RS). Siden denne type celler først blev opdaget i den primære visuelle hjernebark (V1), har man fundet RS-celler i nethinden hos en række dyrearter inklusiv mus, hvilket indikerer, at sansningen af bevægelser starter allerede her, i det første trin af synsbearbejdningen. Disse RS-celler sender forbindelser til den visuelle hjernebark via den visuelle del af thalamus, men man ved ganske lidt om, hvordan nethindens RS-celler bidrager til sansningen af visuel bevægelse i den visuelle hjernebark. Denne PhD afhandling sigter mod at belyse netop dette spørgsmål. Det første studie i afhandlingen undersøgte, hvordan specialiseret neuronal aktivitet i højerestående områder af den visuelle hjernebark afhænger af nethindens RS-celler. For at undersøge dette anvendte vi to genetiske strategier med det formål at forstyrre nethindens retningsselektivitet, samtidig med at vi målte den cellulære aktivitet, der opstod, når synet blev stimuleret. For at udelukke uønskede effekter af generel anæstesi udførte vi målingerne i både bedøvede og vågne mus. Vi fandt, at en særlig gruppe af RS-celler i det rostrolaterale (RL) område af den visuelle hjernebark var reducerede, når nethindens retningsselektivitet var forstyrret. Denne type celler var karakteriseret ved at udvikle en iøjefaldende præference for bagudrettet bevægelse og ved at reagere kraftigere, når stimulus bevægede sig med høje hastigheder. I kontrast til dette var RS-celler i det posteromediale (PM) område upåvirkede af ændrede forhold i nethinden. Særligt interessant var det, at aktiviteten af RS-cellerne i V1 med forbindelse til RL, men ikke RS-cellerne med forbindelse til PM, også var påvirket, når nethindens retningsselektivitet var forstyrret. Dette studie kortlagde dermed et neuronalt netværk, som sikrer, at information fra nethindens RS-celler bliver dirigeret fortrinsvist til området RL via højt- specialiserede neuronale forbindelser. Det andet studie undersøgte, hvorvidt nethindens RS-celler bidrager til sansningen af optisk flow i den visuelle hjernebark. Til dette anvendte vi en type synsstimuli, som tester hele repertoiret for horisontal bevægelse i kombination med, at vi ved hjælp af genetiske redskaber forstyrrede nethindens retningsselektivitet og efterfølgende målte den cellulære aktivitet i hjernebarken på vågne mus. I alle målte områder — V1, RL, PM, samt det anteromediale (AM) og anteriore (A) område — fandt vi celler som udviste selektivitet for enten translationel eller rotationel optisk flow. Dog fandtes disse celler især hyppigt i områderne RL og A. Særligt interessant var det, at antallet af de translations-selektive celler i V1 og af de translations-selektive og rotations-selektive celler i RL og A var reducerede i mus, hvor nethindens retningsselektivitet var forstyrret, mens antallet af denne type celler i PM og AM var uændret. Herudover fandt vi at de visuelle hjernebarksområder i vildtype mus funktionelt kunne opdeles baseret på deres komposition af optisk flow-sensitive celler, mens denne opdeling var mindre klar i mus med forstyrret retningsselektivitet i nethinden. Dette studie påviste dermed, at nethindens RS-celler bidrager til område-specifik sansning af optisk flow i den visuelle hjernebark. Alt i alt præsenterer denne PhD afhandling en ny fortælling om hvordan hjernen bearbejder visuel bevægelse i omgivelserne. Vores resultater viser hvordan specialiseret neuronal aktivitet i særlige områder af den visuelle hjernebark på mus afhænger af sansningen af visuel bevægelse i øjets nethinde — en del af synsapparatet som man tidligere mente bidrog langt mere beskedent til aktiviteten i højerestående områder. Således bør fundne fra disse studier få os til at revidere vores forestillinger om, hvordan hjernen skaber komplekse visuelle repræsentationer, og de understreger vigtigheden af sansebearbejdning i den perifere del af sensoriske systemer

World Modeling for Intelligent Autonomous Systems

The functioning of intelligent autonomous systems requires constant situation awareness and cognition analysis. Thus, it needs a memory structure that contains a description of the surrounding environment (world model) and serves as a central information hub. This book presents a row of theoretical and experimental results in the field of world modeling. This includes areas of dynamic and prior knowledge modeling, information fusion, management and qualitative/quantitative information analysis

Systematic gripper arrangement for a handling device in lightweight production processes

Handhabungsgeräte sind ein integraler Bestandteil automatisierter Produktionsprozesse. Dennoch werden sie in der Regel als nicht wertschöpfend angesehen, weshalb ihre Planung und Projektierung mit geringem Zeit- und Personalaufwand so effektiv wie möglich sein sollte. Gleichzeitig bleiben sie ein wichtiger Teil der Prozesskette und müssen in diesem Zusammenhang bestimmte Bedingungen erfüllen. Um ihre Funktionalität zu gewährleisten und wenig Zeit in die Projektierung zu investieren, sind Handhabungsgeräte oft überdimensioniert. Insbesondere bei flachen Teilen führt dies zu schweren Handhabungslösungen, bei denen das Gewicht des Handhabungsobjekts und des Handhabungsgerätes in einem Missverhältnis zueinander stehen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Projektierung von Handhabungsgeräten so weit wie möglich zu automatisieren. Dieser Prozess wird am Beispiel der Prozesskette zur Herstellung von Leichtbauteilen mit den Verfahren „sheet molding compound“ (SMC) und „resin transfer molding“ (RTM) dargestellt. In einem ersten Schritt wird ein modulares Handhabungsgerät entwickelt und aufgebaut, das eine große Anzahl von Greiferanordnung ermöglicht. Mit diesem Handhabungsgerät kann dann die resultierende Durchbiegung von flachen Bauteilen mit verschiedenen Greiferanordnungen gemessen werden. Um sicherzustellen, dass es nicht immer notwendig ist die Durchbiegungen zu messen, wird mit ABAQUS ein Modell aufgebaut, das eine Simulation der Durchbiegung ermöglicht. Anhand dieses Simulationsmodells wird eine Designlogik für die Anordnung der Greifer entwickelt. Diese Designlogik arbeitet in zwei Schritten und basiert auf dem Ansatz des „growing neural gas“ (GNG), das durch die Implementierung zusätzlicher Regeln an das Problem angepasst wird. Zuerst wird eine erste Greiferkonfiguration basierend auf der Geometrie des Objekts erstellt, die dann durch einen iterativen Prozess aus Simulation und Anpassung verbessert wird. Da die Herstellung von Leichtbauteilen oft mehr als nur einen Zuschnitt erfordert, werden am Ende systematisch verschiedene Lösungen für die verschiedenen Zuschnitte zu einer Greiferanordnung zusammengefasst und ein Verfahren gezeigt, wie dies ,mit dem zuvor entwickelten modularen Handhabungsgerät realisiert, werden kann

World Modeling for Intelligent Autonomous Systems

The functioning of intelligent autonomous systems requires constant situation awareness and cognition analysis. Thus, it needs a memory structure that contains a description of the surrounding environment (world model) and serves as a central information hub. This book presents a row of theoretical and experimental results in the field of world modeling. This includes areas of dynamic and prior knowledge modeling, information fusion, management and qualitative/quantitative information analysis