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 Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
29.06.2017 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Proteine entdecken, zählen, katalogisieren
28.06.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive