Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wieso der Hund nicht umkippt

18.03.2009
Biologe der Universität Jena entwickelt Computermodell zur Fortbewegung von Hunden

Kleine Reflektoren leuchten an jedem Gelenkpunkt der braunen Terrier-Dame, die zügig über das Laufband trabt. Acht Kameras nehmen jede ihrer Bewegungen detailgenau auf. Unter ihren Füßen liegen Sensorplatten und messen, mit welcher Kraft sie auftritt.

Die dreidimensionalen Bilder der Infrarothochgeschwindigkeitskameras hat Martin Groß akribisch ausgewertet, jede Gelenkbewegung analysiert, jeden Winkel der Gelenke ausgerechnet, jede Schrittlänge bestimmt. Aus den experimentellen Daten hat er ein Computermodell entwickelt, mit dem er die Fortbewegung des Hundes nachstellen kann. "Ich wollte herausfinden, wie der Hund seinen Gang stabilisiert und kontrolliert", so Groß, der die Untersuchungen im Rahmen seiner Diplomarbeit bei Prof. Dr. Martin S. Fischer am Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena durchgeführt hat. Dafür arbeitete er intensiv mit der Arbeitsgruppe von Dr. André Seyfarth im Lauflabor zusammen.

Seinem Computermodell legte Martin Groß das Prinzip des sogenannten Feder-Masse-Modells zu Grunde, bei dem sich am oberen Ende einer Feder ein Massepunkt befindet, der den Körperschwerpunkt beschreibt. "Dabei geht man davon aus, dass sich ein Bein wie eine elastische Feder verhält, also in der Flugphase gestreckt und damit länger, in der Bodenphase durch die Beugung kürzer ist", erklärt der Jenaer Wissenschaftler. Um die Vierbeinigkeit zu untersuchen, hat der Biologe sein Computermodell um eine Feder erweitert, so dass sich an einer Körpermasse, sozusagen dem Rumpf des Hundes, vorne und hinten je eine Feder befindet. Das reiche zur Simulation aller vier Beine zunächst aus, weil sich im Trab stets zwei Beine, also Vorder- und Hinterbein der jeweils gegenüberliegenden Seite, auf dem Boden befinden.

Am Computer testete er, wie viele Schritte sein Modell bei einem Tempo von zwei Metern pro Sekunde stabil laufen kann. Das war auch die Geschwindigkeit, mit der die Hunde-Dame auf dem Laufband getrabt ist, umgerechnet etwa 7 km/h. "Obwohl ich alle Parameter durchgetestet habe, war nach maximal 18 Schritten Schluss und mein Modell fiel um", so Groß. Wenn er die Geschwindigkeit jedoch auf drei Meter pro Sekunde erhöhte, waren mehr als 50 Schritte ohne Sturz möglich. Das sei wie mit einem angeschobenen Fahrrad, sagt Martin Groß. "Bei hoher Geschwindigkeit rollt es stabil, wenn es zu langsam wird, kippt es um."

Wenn jedoch der Trab bei geringen Geschwindigkeiten instabil ist, wieso kippt der Hund nicht um? "Das Modell zeigt, dass es gewisse Kontrollmöglichkeiten geben muss, die den Körper des Hundes im Trab stabil halten", so Groß. Aus seinen experimentell gewonnenen Daten konnte er dafür die Drehung des Schwungbeins ausmachen, die sich in einem kurzen Rückwärtsschwingen vor dem Aufsetzen auf den Boden äußert. Außerdem fand er mit Hilfe seines Modells, dass die gleichzeitige Änderung der Beinsteifigkeit durch Muskelkontraktion bzw. -entspannung eine Rolle spielt.

"Das Besondere an dem von Martin Groß entwickelten Computermodell ist die Möglichkeit der Vorhersage von natürlichen Strategien zur Bewegungsstabilität", sagt Dr. André Seyfarth vom Lauflabor der Jenaer Universität. Das sei im Gegensatz zu Zweibeinern bei vierbeinigen Tieren bis jetzt kaum untersucht worden.

Für die Präsentation seiner Ergebnisse hat Martin Groß vor einigen Tagen bei einem internationalen Workshop in Jena einen Posterpreis erhalten. Jetzt werden sie in das EU-Projekt "Locomorph" am Institut für Sportwissenschaft der Universität Jena einfließen, in dem der Übergang vom zweibeinigen zum vierbeinigen Gang untersucht wird. Seit Februar ist der Biologe dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter beschäftigt. Er kann sich gut vorstellen, in diesem Rahmen ähnliche Untersuchungen mit Hunden zu machen, die nur auf drei Beinen laufen können, weil sie zum Beispiel durch einen Unfall eines ihrer Beine verloren haben. "Es wäre interessant zu erfahren, wie der Körper auf solche gravierenden Veränderungen reagiert und wie er seine Kontrollstrategien für ein stabiles Laufen anpasst", so Groß. "Das könnte durchaus auch Rückschlüsse auf Anpassungsstrategien beim Menschen zulassen."

Kontakt:
Dipl.-Biol. Martin Groß
Institut für Sportwissenschaft der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Dornburger Str. 23, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 945733
E-Mail: martin.gross[at]uni-jena.de

Manuela Heberer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie