Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution virtuell - Schädel entstehen am Bildschirm

10.06.2002


Evolution virtuell: Schädel entstehen am Bildschirm


Biomechaniker beobachten Knochen unter Spannung
RUBIN 1/2002 ist erschienen



Warum hat der Mensch als einziger Primat ein vorspringendes Nasendach? Wo sind die knöchernen Wülste über den Augen geblieben? Die Antworten auf diese Fragen finden RUB-Biomechaniker um Dr.-Ing. Ulrich Witzel (Fakultät für Maschinenbau) am Computer: Sie lassen auf virtuelle Schädelrohlinge realistische Kräfte wirken und sehen zu, wie sich die Form des Knochens unter dieser Einwirkung schrittweise herausschält. So können sie der Evolution bei der Arbeit zuschauen.

Erstaunlich: Nur wenige Kräfte machen die Form

Ob beim Menschen, Affen oder bei fossilen Funden - die Anwendung der Methode setzt genaue Kenntnisse der Anatomie der gerade zu untersuchenden Struktur voraus. Die Muskelkräfte, z.B. der Beiß- und Kaumuskulatur, müssen möglichst genau ermittelt werden. Bei fossilen Funden wird aus der Knochenstruktur oder mitunter auch mit Blick auf noch lebende Nachkommen auf die ehemals wirkenden Muskelkräfte geschlussfolgert. Auf dieser Basis (Hypothese) "füttern" die Forscher dann ein spezielles Rechenprogramm (Finite-Elemente-Methode)mit einer mehr oder weniger großen Bandbreite von Kraftfeldern - quasi um die vormals tatsächlichen Kräfteverhältnisse herum. Wenn sich die Struktur auf dem Monitor im virtuellen Kräftespiel immer mehr der fossilen Form annähert, dann sind zugleich die Kräfte und Spannungen gefunden, die zu dieser Struktur geführt haben müssen.

Bei Belastung bildet sich Knochen

Für ihre Untersuchungen nutzen die Biomechaniker die Finite-Elemente Methode: Sie geben dem Computer nur die Eckdaten und die wichtigsten Hohlräume wie Augen und Nase von Primatenschädeln vor. Daraus berechnet der Computer einen groben Schädelumriss, das sog. "Hüllvolumen". Diesen Block zerlegt der Rechner in viele abgeschlossene, berechenbare Einzelteile (Finite Elemente). Auf das Hüllvolumen lassen die Forscher dann Kräfte und Spannungen einwirken. Der Computer zeigt mehr oder weniger stark belastete Bereiche verschiedenfarbig an. Bei starker Belastung kann man auf Knochensubstanz schließen, in wenig belasteten Gebieten bildet sich die Struktur zurück. So konnten die Forscher z. B. das Rätsel des beim Menschen einzigartigen Nasendachs lösen. Es hat sich als drucktragende Struktur ausgebildet, um den schmalen Stirnnasenpfeiler zu entlasten. Bei Affen, deren Schädel weniger flach ist, ist dieser Pfeiler breiter, ein Nasendach daher unnötig.

Weitere Informationen

Dr.-Ing. Ulrich Witzel, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Konstruktionslehre, Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-24058, Fax: 0234/32-14159, E-Mail: Ulrich.Witzel@ruhr-uni-bochum.de

Themen in RUBIN 1/2002

Den vollständigen Beitrag lesen Sie in RUBIN 1/2002, wo Sie auch folgende Themen finden: Produkte aus dem Computer; Gezielt gegen Brustkrebs - Chemotherapie an Ort und Stelle; Gefährliche Partnerschaft: Bakterien und Zigarettenrauch; Besteuerung vereinfachen: Dann atmen Bürger und Beamte auf; Der männliche Blick auf die weibliche Imagination; Vegetarische Vampire - Flughunde als Gärtner im Regenwald; Wenn Marzipan nach Banane riecht - Riechen bei Insekten erforscht; und in der Rubrik "Angewandte Forschung": Juristen lösen den Konflikt: Hochwasserschutz oder Bautätigkeit? RUBIN ist bei der Pressestelle der Ruhr-Universität für 2,50 Euro erhältlich.


Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/rubin/rbin1_02

Weitere Berichte zu: Evolution Maschinenbau Nasendach RUBIN Schädel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Mit Nanopartikel-Tandems gegen den Herzinfarkt
01.12.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Virtuelle Realität für Bakterien
01.12.2017 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten