Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik entwickelt virtuelle Menschmodelle zur Produktoptimierung

06.08.2013
Weniger Verletzungen, mehr Komfort

Im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts (Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz) Präventive Biomechanik (PräBionik) werden am Institut für Materialwissenschaften der Fachhochschule Frankfurt am Main die mechanischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Regionen des menschlichen Körpers und technischen Stützkonstruktionen wie Autositzen, Gefäßprothesen oder Sportschuhen untersucht.


Die Wissenschaftler(innen) des LOEWE-Schwerpunkts Präventive Biomechanik erzeugen ein Finite-Elemente-Modell des kompletten Körpers oder einzelner Körperregionen im unbelasteten und/oder belasteten Zustand, hier am Beispiel eines Autositzes.

Quelle: FH Frankfurt/LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik


Der LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik untersucht die mechanischen Wechselwirkungen zwischen bestimmten Regionen des menschlichen Körpers und technischen Stützkonstruktionen wie Sportschuhen.

Quelle: FH Frankfurt/LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik

Ziel ist es, Verletzungsrisiken durch biomechanisch optimierte Produkte – vom Joggingschuh bis zum Auto- und Flugzeugsitz – zu minimieren und den Sitz- und Trage-Komfort zu erhöhen.

„Wo drückt es, wenn man mit dem Auto eine längere Strecke auf einem schlechten Sitz fährt? Was passiert mit dem Fuß oder der Achillessehne, wenn man mit ‚falschen‘ Joggingschuhen läuft? Die Zahl an Patientinnen und Patienten nimmt aufgrund gesundheitsschädlicher Lebensweise und des demografischen Wandels zu. Dies hat einen erhöhten Einsatz von medizinischen Hilfsmitteln und Prothesen zur Folge“, erklärt Prof. Dr. Gerhard Silber, Geschäftsführender Direktor des Instituts für Materialwissenschaften und wissenschaftlicher Leiter des LOEWE-Schwerpunktes. „Allerdings können diese Hilfsmittel den Patientenzustand unter Umständen sogar verschlechtern, wenn sie in den betroffenen Weichgeweberegionen des Körpers kritische Spannungen und Verformungen erzeugen.“

Daher arbeiten die Wissenschaftler(innen) mit virtuellen Menschmodellen, die es möglich machen, unterschiedliche Effekte während der Interaktion mit technischen Stützkonstruktionen zu simulieren und zu messen. In Zusammenarbeit mit dem Automobilhersteller Daimler werden unter Einsatz dieser Methode Lösungen gesucht, Autositze noch weiter zu optimieren.

Die virtuellen Menschmodelle (BOSS-Modelle - Body Optimization & Simulation System) ermöglichen es, diese und andere Anwendungsfälle am Rechner zu simulieren. In einem ersten Schritt erfassen die Forscher(innen) dazu dreidimensional die aus Weich- und Hartgeweben bestehenden anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers. Dies erfolgt unter Einsatz der Magnet-Resonanz-Tomografie am Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie des Universitätsklinikums Frankfurt bei Prof. Dr. med. Thomas Vogl.

Mit Hilfe eines 3D-Laser-Scanners wird das gewünschte Finite-Elemente-Modell des kompletten Körpers oder einzelner Körperregionen im unbelasteten und/oder belasteten Zustand erzeugt (siehe Bilder). Der Einsatz der Menschmodelle ist erst durch die Ausstattung mit so genannten in-vivo-Materialeigenschaften, also am lebenden Menschen erzeugten Materialeigenschaften wie Haut/Fettgewebe-Muskelverbünde, im Rahmen von Interaktionen mit Stützkonstruktionen wie Autositzen oder Gelenkimplantaten möglich. So lassen sich Spannungen, Verzerrungen und Verformungen feststellen, die infolge der mechanischen Belastungen durch die Stützkonstruktionen in den Kontaktzonen sowie in den humanen Weichgeweberegionen auftreten.

Die Wissenschaftler(innen) erstellen derzeit auch Menschmodelle, die die Einwirkungen von Sportschuhen beim Gehen und Rennen simulieren. In Kooperation mit einem Sportschuhhersteller sollen so Schuhsohlen und Einlagen optimiert werden, um insbesondere die Achillessehne zu entlasten. Weiterhin konnten auf Basis menschlicher Kopfmodelle die mechanischen Eigenschaften der Wangenhaut erforscht und zur Produktoptimierung von Gebrauchsgegenständen des Hygienesegments genutzt werden.

Unter der Konsortialführung der FH Frankfurt arbeiten im LOEWE-Schwerpunkt Präventive Biomechanik (PräBionik) rund 38 Wissenschaftler(innen) der FH Frankfurt am Main, Goethe-Universität Frankfurt am Main, Philipps-Universität Marburg, sowie die assoziierten Partnerhochschulen Bergische Universität Wuppertal, Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Katholisches Klinikum Mainz zusammen. Im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten stehen interdisziplinäre Fragestellungen aus Ingenieurwissenschaften, Biologie und Medizin zu den mechanischen Interaktionen zwischen humanen Weich- und Hartgeweberegionen und technischen Stützkonstruktionen, wie Liege- und Sitzsysteme, Schuhe, künstliche Gelenke oder Implantate in Knochen- und Knorpelstrukturen. Die Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) ist ein Forschungsförderungsprogramm, mit dem das Land Hessen seit 2008 die Hochschulen und Forschungseinrichtungen in Hessen unterstützt.

Kontakt: FH Frankfurt, Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften, Institut für Materialwissenschaften, Prof. Dr. Gerhard Silber, Telefon: 069/1533-3035, E-Mail: silber@fb2.fh-frankfurt.de

Nicola Veith | idw
Weitere Informationen:
http://www.praeventive-biomechanik.eu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Beschichtung lässt Muscheln abrutschen
18.08.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht PKW-Verglasung aus Plastik?
15.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie