Simulierte Bewegungsabläufe für bessere Beinprothesen

Erneut konnte ein Wissenschaftler der Universität Stuttgart und des Fraunhofer IPA eine hoch dotierte Auszeichnung durch den Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) gewinnen: Oliver Röhrle, Juniorprofessor des Exzellenzclusters Simulation Technology (SimTech), erhält für die kommenden fünf Jahre mehr als 1,6 Millionen Euro an Fördergeldern für seine Forschungen im Bereich der Biomechanik.

Mit dem »ERC Starting Grant« intensiviert der bereits mehrfach ausgezeichnete Nachwuchswissenschaftler seine Arbeiten im Bereich der Modellierung von Bewegungsabläufen bei Patienten, deren Bein über dem Knie amputiert wurde. Im Oktober 2011 erhielt er gemeinsam mit Dr. Urs Schneider, Leiter der Abteilung »Biomechatronische Systeme« am Fraunhofer IPA, 1,7 Millionen Euro verteilt auf fünf Jahre aus dem Fraunhofer-Attract-Förderprogramm zum Aufbau seiner eigenen Nachwuchsforschergruppe »Virtual Orthopedic Lab« am IPA.

Das noch relativ junge Arbeitsgebiet der (computergestützten) Biomechanik soll am Standort Stuttgart etabliert werden, um biomedizinische Unternehmen in Forschung, Wissenschaft und Anwendung zu unterstützen. »Das Virtual Orthopedic Lab« entwickelt einen simulationsgestützten Workflow für die Produktentwicklung in der Orthopädie, der künftig als Werkzeug »made by Fraunhofer« lizenzierbar zur Verfügung stehen soll.

Prof. Röhrle befasst sich in seiner Forschung mit der biomechanischen Simulation des menschlichen Körpers, einem Forschungsgebiet an der Schnittstelle von Medizin, Physiologie, Mathematik und Mechanik. Im Mittelpunkt steht die Modellierung von Skelettmuskeln und Teilen des menschlichen Bewegungsapparats. Die von ihm entwickelten Computermodelle erlauben es zum Beispiel, das Verhalten von Skelettmuskeln auf externe Reize virtuell zu untersuchen. Von Nutzen ist dies unter anderem für die Behandlung von Querschnittsgelähmten oder eben bei simulierten Bewegungsabläufen von beinamputierten Menschen.
»Indem wir mit Hilfe von dreidimensionalen Computermodellen für verschiedene Bewegungsszenarien simulieren, welche dynamischen Eigenschaften in der Muskulatur der betroffenen Beine vorherrschen, können wir einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung des Zusammenspiels von Stumpf und Schaft leisten«, erklärt Oliver Röhrle. Notwendig sind Simulationen im medizinischen oder orthopädietechnischen Umfeld, da in diesen Anwendungsfällen häufig zu wenig experimentelle Daten vorhanden sind, um alle entwicklungstechnisch notwendigen Schlüsse ziehen zu können. So sind zum Beispiel die Kontaktkräfte zwischen Stumpf und Schaft, wenn überhaupt, nur punktuell bekannt. Durch die Simulation können diese an jeder Stelle und eventuell auch in Kombination mit weiteren physikalischen Größen betrachtet werden.

»Der ERC Starting Grant ist eine weitere tolle Bestätigung meiner Forschungsarbeiten. Die Fördergelder helfen mir, meine Biomechanik-Forschungsgruppe auch langfristig hervorragend aufstellen zu können«, so Röhrle. Zuletzt konnte er sich auch über den erfolgreichen Antrag des Exzellenzclusters »Simulation Technology« bei der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder freuen. Der Exzellenzcluster, in dessen Rahmen Röhrle seine Biomechanik-Forschungsgruppe leitet, konnte dabei eine Förderung für weitere fünf Jahre bis 2017 einwerben.

In Kooperation mit dem Exzellenzcluster SimTech der Universität Stuttgart bildet das Fraunhofer IPA mit seiner Infrastruktur und Vernetzung eine starke Basis, um die vielen Facetten der interdisziplinären Forschung auf dem Gebiet der Biomechanik, insbesondere im Bereich der virtuellen Entwicklung und Analyse von orthopädischen Anwendungen (Exo- und Endoprothesen), an einem einzigen Standort abzudecken und erfolgreich voranzutreiben.

Weitere Ansprechpartner
Jun.-Prof. PhD Dipl.-Math.-oec Oliver Röhrle MSc
Telefon +49 711 970-3604
oliver.roehrle@ipa.fraunhofer.de
Jun.-Prof. PhD Dipl.-Math.-oec Oliver Röhrle MSc
Telefon +49 711 685-66284
roehrle@simtech.uni-stuttgart.de