Bachelor Theses

Für ein Mikrosystem, bestehend aus Silizium und Glas, welches im Glas eine runde Öffnung besitzt, wird ein Silikondeckel als Kontaktelement für die Stimulationseinheit genutzt. Dieser Silikondeckel ist in einer prototypischen Realisierungsvariante vorhanden. Zur Belastung der Zellen wird ein Mikromanipulator genutzt. Die Eignung der Stimulationseinheit für die Applikation mechanischer Kräfte auf die Zellen im Mikrosystem konnte bisher noch nicht bestätigt werden. Im Zuge dieser Bachelorarbeit sollen die Methoden für die Fertigung des Kontaktelements optimiert werden und Funktionstests unter Einsatz des Mikromanipulators durchgeführt werden. Teilaufgaben: - Test der bisher existierenden Fertigungsmethoden für einen flexiblen, transparenten Silikondeckel und Ableitung von fertigungstechnischen Optimierungsmöglichkeiten, - Recherche zur Fertigung von Membranen und dünnen, ebenen Objekten aus Sylgard®184, - Entwurf und Fertigung eines Werkzeuges für den Mikromanipulator, welches zur Belastung des Kontaktelementes geeignet ist. Das Werkzeug muss insbesondere der Grundforderung, Erhalt der Transparenz des Mikrosystems, Folge leisten, - Test verschiedener physiologischer Stimulationsfolgen auf das Kontaktelement mithilfe des Mikromanipulators. Die Stimulationsfolgen sollten an die Belastungen im biologischen System oder an bereits durchgeführte Versuche auf dem Gebiet der Zellmanipulation angelehnt sein

In der Audiotechnik gibt es vielseitige Einsatzmöglichkeiten für Membranen. Die Verwendung in Mikrofonen und Lautsprechern ist hierbei die Geläufigste. Bei bisher eingesetzten Membranen ist keine Klangbeeinflussung durch diese möglich, da sie in ihrer Steifigkeit nicht variabel einstellbar sind. Nafion ist ein Material mit ionisierenden Eigenschaften, welche bei Anlegen einer Spannung zu Veränderungen im Material führen. Diese könnten die Möglichkeit zur aktiven Beeinflussung der Steifigkeit der Membran bieten. Hierbei kann die variable Steifigkeit der Membran zur Veränderung der Übertragungsfunktion eines Mikrofones genutzt werden. Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der passiven Schwingungseigenschaften einer Membran aus Nafion. Hierfür wurde auf Grundlage eines Druckempfängers eine Einspannung der Membran konzipiert und ein geeigneter Versuchsaufbau zur Messung der Auslenkungen der Membran entwickelt. Die Messung erfolgte berührungslos mit einem Laser-Scanning Vibrometer. Als Messsignale wurden Sinus-Signale mit den Terz-Mittenfrequenzen verwendet. Bei der Auswertung der Daten wurde insbesondere ein Vergleich zwischen Kenngrößen von Mikrofonen und den gemessenen Größen vorgenommen. Des Weiteren wurde eine Visualisierung der Schwingung zur Untersuchung von Schwingungsmoden erstellt.

In diesem Artikel wird die Verformung der Haut unter Tangentialkraft und senkrechter Belastung mit Hilfe von FEM simuliert. Darüber hinaus wurde ein Modell entwickelt, welches aus 4 den Schichten Stratum corneum, Epidermis, Dermis und Subkutis besteht. Für jede Schicht wurde aus der Literatur ein elastisches Modul die jeweilige Schicht ausgewählt. Die Geometrie der Grenzfläche zwischen der Haut und der epidermalen Schichten wurde exakt nachgebildet, um deren auf die Reaktionen der taktilen Sensoren der Haut zu untersuchen. Zusätzlich wurde ein Modell simuliert, welches über eine integrierte Aktorik verfügt. Dieses wurde von den Blutgefäßen als Aktorik der Haut angeregt. Anhand des Modells wurde untersucht, ob es möglich ist, die Steifigkeit der Haut durch Veränderung des Blutdrucks anzupassen. Die Untersuchungen halfen zu verstehen, wie der Tastsinn des Menschen funktioniert. Diese Modelle sind weitere Schritte in der Entwicklung einer adaptiven Sensor-Schicht.

Der flüssigkeitsdichte Anschluss der Peripherie an mikrofluidische Chips stellt in der Regel eine Herausforderung dar. Schläuche oder Schlauchkonnektoren können nicht ohne zusätzliche Hilfsmittel wie Klebstoffe oder weitere Bauteile mit dem Chip verbunden werden. Sollen diese in der Medizin- bzw. Labortechnik Anwendung finden, so muss die Biokompatibilität gewährleistet sein. Wird ein Klebstoff verwendet, so ist diese in Frage gestellt. In dieser Arbeit wurde das Verbindungsverfahren für Silizium und Polypropylen auf photostrukturierbares Glas und Polypropylen übertragen. In beiden Fällen beruht der Fügeprozess darauf, dass das Polymer nach Erwärmen des Partners in dessen Oberfläche eindringt und dadurch die Verbindung gewährleistet. Für eine haltbare Verbindung der Partner muss die Topographie der Glaskeramik bzw. des Siliziums dahingehend verändert werden, dass dieses Einschmelzen möglich ist. Im Fall des Siliziums geschieht dies durch die Erzeugung von Silizium-Nadeln mittels Trockenätztechnologie. Durch gezielte Steuerung des Glaskristallisationsprozesses soll ein Gefüge erstellt werden, dass nach der Prozessierung eine grobkörnige Topographie bzw. Oberflächenmorphologie entsteht. Es konnte gezeigt werden, dass das Verbindungsverfahren FS21 und Polypropylen generell möglich ist und Festigkeiten bis zu 11 MPa möglich sind. Es unterliegt aber noch großen Schwankungen und es konnte keine Topographie für reproduzierbar gute Ergebnisse bestimmt werden. Dies gilt es in nachfolgenden Arbeiten näher zu untersuchen.

Diese Bachelorarbeit stellt die Inbetriebnahme eines Prüfstandes vor, der die Vermessung des Fluidic Muscles der Firma FESTO AG & Co.KG erlaubt, und entwickelt ein Muskelmodell, das geeignet ist, in MATLAB/SIMULINK Modellparameter zu identifizieren. Für die Inbetriebnahme des Prüfstandes ist es notwendig, die Motoransteuerung, die bisher durch eine zusätzliche Händlersoftware über den RS232 Port des PC realisiert wird, auf die dSpace zu übertragen. Dies ist erforderlich, um die Bedienung des Prüfstandes weiter zu vereinfachen. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines geeigneten physikalischen Modells des pneumatischen Muskels. Dieses Modell bildet die Grundlage zur Ermittlung unbekannter oder schwer messbarer Parameter, z.B. die während des Betriebes des pneumatischen Aktors resultierenden Reibkräfte, mittels Parameteridentifizierung unter Berücksichtigung der am Prüfstand P.E.X.T.E.R. gewonnen Messdaten. Hierzu wird eine umfassende Recherche zu bisherigen Forschungen und Arbeiten zur Modellbildung des Muskels durchgeführt. Auf Grundlage der Ergebnisse wird ein Modell entworfen, welches eine möglichst hohe Übereinstimmung mit den Messwerten und den Datenblättern von FESTO ermöglicht. Mit diesem Modell können anschließend die gesuchten Kenngrößen ermittelt werden. Darüber hinaus werden in dieser Arbeit die Einflüsse verschiedener Parameter, wie Temperaturänderungen, Feuchtigkeit und Beschädigung des Materials des Muskels, genauer untersucht.