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Prof. Dr. rer. nat. Karen Alim

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Theory of Biological Networks
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Professorship on Theory of Biological Networks

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Offered Bachelor’s or Master’s Theses Topics

Bionik: Optimaler Wärmetransport bei Schlangen

Infrarotstrahlen. Kern der Funktionsweise dieser Membran ist, dass in der Membran aufgenommene Wärme über das darunterlegende Adernetzwerk schnell abgeleitet werden kann. Welche Netzwerkeigenschaften ermöglichen den schnellen Wärmetransport? Sie simulieren den Wärmetransport in Adernetzwerken der Grubenmembran von Klapperschlangen in Matlab. Variation der physikalischen Parameter der Strömung zeigen Ihnen auf wie robust der Wärmetransport ist und welche Netzwerkeigenschaften hierzu wichtig sind. Die Hoffnung ist, von der Klapperschlange neue Design Prinzipien für den Wärmetransport in Solarkollektoren zu finden.

Rattlesnakes orient themselves via a highly sensitive membrane for measuring infrared radiation. The core of the functioning of this membrane is that heat absorbed in the membrane can be quickly dissipated via the underlying vascular network. Which network properties enable the rapid heat transport? You will simulate the heat transport in the vascular networks of the sensory organ of rattlesnakes in Matlab. Variation of the physical parameters of the flow show you how robust the heat transport is and which network properties are important for this. The hope is to find new design principles for the heat transport in solar collectors from the rattlesnake.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Karen Alim
Mass für Unordnung in porösen Medien

Porennetzwerk in porösen Medien sind integraler Baustein von Reaktionszellen, die den Kern für Photokatalyse, Gassensorik und Lithium-Ionen-Batterien in Brennstoffzellen bilden. Der Transport durch ungeordneten porösen Medien wird durch die exponentielle Verteilung von Strömungsgeschwindigkeiten grundlegend eingeschränkt, da in großen Bereichen nur geringe Strömungsgeschwindigkeit vorliegt. Mit dem Ziel gezielt Strömung durch poröse Medien zu verbessern soll hier ein geometrisches Mass für die  Unordnung in porösen Medien gefunden werden. Dazu werden Sie laminier Strömungen in porösen Medien mit einfachen Matlab Programmen simulieren und quantifizieren, wie sich Änderungen im Porennetzwerk auf Strömungen auswirken. Einfache analytische Modelle zu Strömungen in Porennetzwerken werden Ihnen dabei helfen ein Mass für die Unordnung in porösen Medien zu finden.

Pore networks in porous media are integral components of reaction cells, which form the core for photocatalysis, gas sensor technology and lithium-ion batteries in fuel cells. The transport through disordered porous media is fundamentally restricted by the exponential distribution of flow velocities, since only low flow velocity is present in large areas. With the aim of improving the flow through porous media, a geometric measure for the disorder in porous media is to be found here. For this purpose you will simulate laminated flows in porous media with simple Matlab programs and quantify how changes in the pore network affect flows. Simple analytical models of flows in pore networks will help you to find a measure for the disorder in porous media.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Karen Alim
Selbst-Organisation von Pflanzen

Das Aussehen einer Pflanze re-organisiert sich selbst unaufhörlich währen ihres Wachstums. Hier ist insbesondere die Spitze des Pflanzenstengels wichtig, dessen Zellen sich unaufhörlich teilen, da alles Blätter und Blüten aus ihm hervorgehen. Wie ist es möglich, dass trotz der kontinuierlichen Wachstums, die Spitze des Pflanzenstengels immer die gleiche Form behält? Hier wird das Wachstum des Pflanzenstengels in C++/Python Code simuliert und visualisiert. Zellteilungsraten werden zunächst so codiert, dass sie der biologischen, räumlichen Anordnung mit ansteigender Teilungsrate von der Stengelspitze hinweg folgen. Es wird dann allgemein untersucht unter welchen räumlichen Zellteilungsmustern der Pflanzenstengel die Form behält.

The appearance of a plant re-organizes itself continuously during its growth. The tip of the plant stem is particularly important here. Its cells divide continuously, as all leaves and flowers originate from it. How is it possible that despite the continuous growth, the tip of the stem always keeps the same shape? Here the growth of the plant stem is simulated and visualized in C++/Python code. Cell division rates are initially coded to follow the biological, spatial arrangement with increasing division rate from the tip of the stem. It is then generally investigated under which spatial cell division patterns the plant stem keeps its shape.

suitable as
  • Bachelor’s Thesis Physics
Supervisor: Karen Alim
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