Bachelorarbeit »Nachbildung einer Oktopuszelle in Nanodrahtnetzwerken«

Die Fraunhofer-Gesellschaft (www.fraunhofer.de) betreibt in Deutschland derzeit 76 Institute und Forschungseinrichtungen und ist die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung. Rund 30 000 Mitarbeitende erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von 2,9 Milliarden Euro.

Das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT ist Teil der Fraunhofer-Gesellschaft. Das Institut mit Hauptsitz in Ilmenau ist international anerkannt für seine Expertise in den Bereichen angewandte Elektroakustik und Audiotechnik, Signalanalyse und Maschinelles Lernen sowie Datenschutz und Datensicherheit.

Am Hauptsitz, auf dem Campus der Technischen Universität Ilmenau, arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Technologien für die robuste, vertrauenswürdige KI-basierte Analyse und Klassifizierung von Audio- und Videodaten. Diese kommen unter anderem zur Überwachung industrieller Fertigungsprozesse, aber auch beim Verkehrsmonitoring oder im Medienkontext zum Einsatz, beispielsweise wenn es um automatische Verschlagwortung oder die Erkennung von Audiomanipulationen geht. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Algorithmen für die Bereiche Virtuelle Produktentwicklung, intelligente Aktor-Sensor-Systeme und Automotive Audio.

Aktuell sind rund 70 Mitarbeitende am Fraunhofer IDMT in Ilmenau beschäftigt.

TU Ilmenau und Fraunhofer IDMT modellieren die Tonhöhenwahrnehmung neurophysiologisch [FTHK22]. Die Oktopuszelle, die in Miniatur aussieht wie ein Tintenfisch, ist dabei die Schlüsselschaltzentrale, da sie in ihrem lokalen rezeptiven Feld über synaptische Verbindungen entlang ihrer dendritischen Verästelungen Aktionspotentiale der mit ihr verknüpften auditorischen Nervenfasern empfängt und dann und nur dann ein Aktionspotential auslöst, wenn die dendritischen Ströme synchron am Soma zusammenlaufen. Durch eine neue kollektive Backpropagation-Regel lernt die Oktopuszelle spezifische Reizmuster.

Was Du bei uns tust

Im Quanten Hub Thüringen wurden Nanodrahtnetzwerke aus Nanoisolierkabeln, bestehend aus mit Polyvinylpyrrolidone ummantelten Silberdrähten, nach dem Verfahren von Milano hergestellt [Mi22]. Die Silberdrahtbrückenübergänge zeigen memristives Verhalten. Damit ist das Nanodrahtnetzwerk als Reservoir von Schaltverbindungen interpretierbar. Die kollektiven Stromflüsse sind durch Anlegen von Spannungspulsfolgen unter Ausnutzung des memristiven Verhaltens veränderbar. In diesem Substrat kann das Schaltverhalten der Oktopuszelle über ein Kontroll-Board ausgelesen werden. Die Oktopuszelle wurde in einem Python-Programm vorab simuliert.

Hierzu sind folgende Aufgabenpunkte vorgesehen:

Messungen, um grundlegende Eigenschaften des Nanodrahtnetzwerkes zu ermitteln (Widerstandsentwicklung, Verzögerungszeiten)
Entwicklung und Aufbau einer einfachen Peripherieelektronik zur Signalgenerierung und ggfs. Herstellung einzelner Funktionen der Oktopuszelle
Exemplarische Testung des Aufbaus und Auswertung der Ergebnisse

Referenzen:

[FTHK22] Feldhoff, F., Toepfer, H., Harczos, T., & Klefenz, F. (2022). Periodicity Pitch Perception Part III: Sensibility and Pachinko Volatility. Frontiers in Neuroscience, 16.
[Mi22] Milano, Gianluca, et al. (2022). In materia reservoir computing with a fully memristive architecture based on self-organizing nanowire networks. Nature Materials 21.2, 195-202.

Betreuer: Frank Feldhoff (TU Ilmenau), Dr. Frank Klefenz (Fraunhofer IDMT)

Was Du mitbringst

Was Du erwarten kannst

spannende marktnahe Themen mit komplexen Fragestellungen, für welche am Markt noch keine Lösungen existieren – Du kannst dabei sein, die Zukunft aktiv mitzugestalten
Herausforderungen auf hohem Niveau – on top bieten wir Dir sehr gute Möglichkeiten der beruflichen und fachlichen Weiterbildung
Raum, auch eigene Ideen umzusetzen, wie z. B. im Rahmen unseres vierteljährlichen, themenoffenen Ideenwettbewerbs
eine hervorragende technische Infrastruktur
renommierte Partner und Kunden, mit denen Du im engen Austausch die Technologien von morgen entwickelst
eine sehr gute Vereinbarkeit von Familie und Beruf durch flexible Arbeitszeitmodelle, Mit-Kind-Büro, Möglichkeit der digitalen Kinderbetreuung bei Betreuungsengpässen sowie die Möglichkeit des mobilen Arbeitens, denn die Familie geht vor – wir wissen das
ein aufgeschlossenes und interessiertes Team, ein tolerantes und familiäres Miteinander sowie regelmäßige Team-Events
eine gute Verkehrsanbindung und die Nähe zur Landeshauptstadt Erfurt
attraktive Sparangebote im Rahmen der Fraunhofer-Corporate-Benefits bei zahlreichen Unternehmenspartnern
New Work und Diversity sind nicht nur inhaltslose Trendwörter, sondern gelebter Bestandteil unserer Unternehmenskultur

Wir wertschätzen und fördern die Vielfalt der Kompetenzen unserer Mitarbeitenden und begrüßen daher alle Bewerbungen – unabhängig von Alter, Geschlecht, Nationalität, ethnischer und sozialer Herkunft, Religion, Weltanschauung, Behinderung sowie sexueller Orientierung und Identität. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt.

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft.

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Fachliche Rückfragen:

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Tel.: +49 3677 467-216

frank.klefenz@idmt.fraunhofer.de

Fragen zum Bewerbungsverfahren:

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Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT

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Stellensegment: Neurology, Healthcare, Automotive

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