Konzepte zur Beißkraftmessung bei Caniden. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Beißkraftmessung hat derzeit noch mit vielen Problemen zu kämpfen, da eine Vielzahl verschiedener Einflussfaktoren berücksichtigt werden muss. Diese reichen von biologischen Faktoren, wie Schädelmorphologie, Größe, Motivation oder Verhaltensweise des Versuchstiers bis zu technischen Faktoren, wie die Art der verwendeten Sensoren, Design und Datenauswertung. In bisherigen Studien konnten noch nicht alle dieser Einflüsse berücksichtigt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, neue Konzepte für ein Beißkraftmessgerät für Caniden (auch Canidae) zu entwickeln. Die Familie der Hunde wurde ausgewählt, da diese eine hohe innerartliche Variation an Körpergrößen und Schädelformen aufweisen und aufgrund ihrer Domestizierung leicht zu trainieren ist. Neben Grundlagen zur Anatomie des Hundeschädels und des Bissvorgangs wird ein Überblick über den Einfluss verschiedener Verhaltensweisen auf die Beißkraft gegeben. Die Verhaltensweisen werden grundsätzlich in Spiel-, Jagd-, Fress-, sowie Aggressionsverhalten unterteilt. Anschließend werden einige Sensorprinzipien zur Kraftmessung vorgestellt und deren Funktionsweise erklärt. Nach der Erhebung des Standes der Technik wurde ein Anforderungskatalog für ein zukünftiges Messgerät erstellt. Ausgehend von diesem Anforderungskatalog wurden neue Konzepte zur Beißkraftmessung erarbeitet. Diese sollen möglichst viele der derzeitigen Probleme der Beißkraftmessung in Angriff nehmen und neue Lösungsansätze bieten. Für das erfolgversprechendste Konzept wurden erste Tests zur Überprüfung des Sensoraufbaus durchgeführt. Dieses Konzept verwendet Foliensensoren zur Aufnahme der Beißkraft. Die Sensoren wurden auf ein PP-H Rohr aufgebracht. Über eine in Streifen geteilte äußere Schicht wird die einwirkende Kraft auf die Sensoren übertragen. Die Tests wurden mithilfe von kraftsensitiven Widerständen der Firma Interlink Electronics und einem Arduino Mega Microcontroller durchgeführt. Die Messungen ergaben, dass die verwendeten Sensoren für exakte Kraftmessungen ungeeignet sind. Dennoch konnte mithilfe verschiedener Messaufbauten das grundlegende Prinzip der Kraftaufnahme für das Konzept bewiesen werden.
Entwurf und konstruktive Umsetzung eines Verfahrens zur passgenauen Transplantation von Kniegelenkoberflächen. - Ilmenau. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Arthrose ist die häufigste Erkrankung des Gelenkknorpels im Kniegelenk. Irreversibel geschädigte Gelenke werden durch eine Endprothese ersetzt. Um insbesondere jungen Patienten eine Alternative zu diesen synthetischen Implantaten zu bieten, wird an der Medizinischen Hochschule Hannover an der Transplantation von Kniegelenkoberflächen geforscht. Ziel dieser Arbeit war es, ein System zu entwickeln, mit dem die Gelenkoberfläche des Femurs des Patienten in definierter Weise abgetragen werden kann, sodass ein Transplantat eines Spenders passgenau darauf aufgesetzt werden kann. Dazu wurden zwei Arten patientenspezifischer Schablonen entwickelt und deren Prototypen additiv gefertigt. Die Schablonen ermöglichen das Abtragen der Oberfläche mittels tiefenbegrenzte Werkzeuge entweder nach einer Bohr- oder einer Frästechnik. Die Schablonen wurden von ärztlichen Anwendern an Kunstknochen getestet. Aufgrund der Resultate wurden die Bohrschablonen als geeignet bewertet, die Transplantation hinsichtlich der Passgenauigkeit und somit des Anwachsverhaltens und der Langzeitergebnisse zu verbessern.
Inbetriebnahme und Validierung eines instrumentierten Kammersystems für die elektrische und mechanische Stimulation von humanen Knorpelzellen. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Regenerationspotential von Knorpeln ist, aufgrund mangelnder vaskulärer Versorgung und geringer Zellregeneration innerhalb des Knorpelgewebes, sehr niedrig. Daher regenerieren Knorpelschäden nicht als Hyalingewebe sondern eher als Fasergewebe, das sich aber nicht gut an die mechanischen Kräfte innerhalb des Gelenkes anpasst. Im Projekt C02 wird der Einfluss von elektrischer und mechanischer Stimulation und die Chondrogendifferenzierung von menschlichen Knorpelzellen und mesenchymalen Stammzellen untersucht. Für dieses Vorhaben wird eine spezielle Stimulationskammer konstruiert, die die Möglichkeit bietet sowohl elektrische, als auch mechanische Stimulation bzw. auch beide gleichzeitig anzubringen. Dadurch ist es möglich alle Stimulationsparameter, die die Ausbreitung und Differenzierung von Zellen betreffen, in einem Arbeitsgang zu testen. Das zentrale Ziel dieses Projekts beinhaltet die genaue Beschreibung der Konfiguration der Elektroden und den Einsatz des mechanischen Antriebs für die Schub- und Kompressionsstimulation. Ein Stimulationsprotokoll für die Anwendung des elektrischen Feldes (Stärke, Frequenz und Wellenform des elektrischen Feldes) und die mechanische Ladung (Schub- und Druckbelastung, Frequenz und Umfang) soll eine optimale Ausbreitung und hyalin-ähnliche Differenzierung des Knorpelgewebes und der mesenchymalen Stammzellen zum Ziel haben. Zusätzlich wird ein umfassendes multiphysisches Simulationsmodell entwickelt, das die Stimulationsparameter (elektrisch und mechanisch) zusammenfasst und ihren Einfluss auf das Zellgewebe (z.B. Druckbelastung) aufzeigt und zum erweiterten Verständnis für den Stimulationsprozess beiträgt. Innerhalb des Forschungszeitraumes soll sich so, durch den Einsatz von elektrischer und mechanischer Stimulation, eine optimale Ex-vivo 3D Technik von menschlichen Chondrozyten und mesenchymalen Stammzellen (auf der Basis von Kollagen- und Hydrogenmaterial "scaffolds"), zeigen, die den therapeutischen Ansatz durch matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) verbessert. Nach der Konstruktion der Kammer müssen die Stempel konfiguriert werden, sodass diese einen Druck auf die Zellen erzeugen. Zuerst soll der Motor eine Referenzfahrt durchführen und danach sollen die Stempel durch das Hoch- und Runterfahren den Druck erzeugen. Durch das kleine elektrische Feld der Elektroden sind die typischen Methoden für die Validierung nicht möglich, weswegen mehrere Versuche durchgeführt und diese miteinander verglichen werden müssen.
Konzept eines konfigurierbaren Sensorfingers zur Evaluation von Bedienelementen an Hörgeräten. - Ilmenau. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
In dieser Bachelorarbeit geht es um die Konzeptentwicklung eines Sensorfingers, der die menschlichen Tasteigenschaften abbilden soll. Die Parameter, die der Sensorfinger abdecken muss, werden anhand von physiologischen Daten des menschlichen Tastsinns entwickelt. Der zu konzeptionierende Sensorfinger wird später zur heuristischen Evaluation von Bedienelementen an Hörgeräten dienen. Basierend auf dem Kundenportfolio des Unternehmens audifon GmbH & Co. KG wird ermittelt, dass es sich bei Hörgeräteträgern vorwiegend um ältere Menschen (Durchschnittsalter 70 Jahre) handelt. Aufgrund dessen muss der Sensorfinger so einzustellen sein, dass ebenfalls die nachlassende räumliche Auflösung des Tastsinns im Alter nachempfunden werden kann. Als Ergebnis der Bachelorarbeit wird ein Konzept vorgestellt, wie man die gesetzten Anforderungen umsetzen kann. Neben der Möglichkeit eine eigene Sensorik für den vorliegenden Fall zu entwickeln, werden Kaufteile vorgeschlagen, mit denen ein solcher Sensorfinger zu entwickeln ist. Beide Konzepte werden im Rahmen dieser Arbeit vorgestellt.
Verifikationsmaßnahmen für ein aktives Implantat. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Verifizieren und Validieren des Retraction Receivers für das neue FITBONE System ist das Hauptziel dieser Arbeit. Der Retraction Receiver muss laut medizinischer Norm und Standards viele Tests und Anforderungen bestehen, um die Funktionalität, sowie Sicherheit des Systems zu gewährleisten. Während vorheriger Entwicklungsphasen wurden Anforderungen an das System eingesetzt. Jedoch wurden in dieser Arbeit die Anforderungen so ausgewählt, dass mehrere in wenigen Tests überprüft wurden. Z.B. Kapitel 4.5.1 zeigt einen Test in dem sieben verschiedene Anforderungen zu überprüfen waren. Die Planung von Tests wurde anhand der Anforderungen vorheriger Tests, sowie aufgrund von Diskussionen mit der Entwicklungsabteilung vorgenommen. Außerdem enthält diese Arbeit sechs durchgeführte Tests als Verifikationsplan und Verifikationsspezifikation. Der Switching Beahvior Test wurde jedoch nicht durchgeführt, sondern nur beschrieben und die Test Methode wurde festgelegt. Die Durchführung war unmöglich, da während dem Lifespan Test ein Designfehler entdeckt wurde, der erstmal überprüft und aufgehoben werden muss. Der Leak.proof Test des Receivers wurde angefangen, jedoch wurde dieser Test außerhalb der Firma WITTENSTEIN Intens in externen Laboratorien durchgeführt. Die Ergebnisse sind erst nach diesem Arbeitsabschluss zu erwarten. Der Retraction Receiver hat viele Anforderungen und Tests bestanden, jedoch nicht alle. Einige Tests brauchen eine bessere Test Methode und Planung. Aufgrund dessen müssen einige Tests wiederholt werden.
Analyse der Körperhaltung beim Heben, Halten und Tragen mit Hilfe der Kinect® V2. - Ilmenau. - 51 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Aufgrund der Zunahme von Muskel-Skelettalen-Erkrankungen, die ihre Ursache in der Arbeitstätigkeit finden, empfiehlt die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) unter anderem die Leimerkmalmethode Heben, Halten, Tragen (2001) zur Gefährdungsanalyse von manuellen Lastenhandhabungen. Die Risikobewertung ist von dem Lastgewicht, der Anzahl sowie der Dauer der Tätigkeit, dem Geschlecht des zu Untersuchenden, der angenommenen Körperhaltung des zu Untersuchenden und der Arbeitsumgebung abhängig. Hierbei erfolgt die Beurteilung des Leitmerkmals Körperhaltung durch den Beobachter subjektiv. Daher soll ein reproduzierbares Unterstützungssystem generiert werden auf Basis der Tiefenkamera Kinect®. Die Verwendung der Kinect® mit integrierter stick figure-Generierung, welches eine markerlose Erkennung darstellt, enthält eine Pseudo-Skeletterkennung und hilft somit mögliche Variationen in der Bewertung zu minimieren. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, ob ein Unterstützungssystem auf Basis der Kinect® zweiter Generation möglich ist und in welchen Bereichen die notwendigen Schwellenwerte liegen. Über eigens konzipierte Probandenversuche wurden die über die Kinect® gewonnenen Parameter, die durch joint-Daten und stick figure beschrieben werden, mittels Scilab verarbeitet und die relevanten Schwellenwerte ermittelt. Auf deren Basis soll die interne Auswertung zur Klassifikation der Körperhaltung nach der Leitmerkmalmethode im Unterstützungssystem erfolgen. Die Auswertung ergab, dass eine reproduzierbare Beurteilung mittels der Kinect® zweiter Generation möglich ist, aber auch Verbesserungsbedarf an dem Versuchsaufbau und -ablauf sowie auch an der Auswertungsmethode besteht.
Planung und Durchführung von Tests zur Einsatzfähigkeit einer Microsoft Kinect zum Tracking eines Fitts'-Versuches. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Human-Computer Interaktion befasst sich im Speziellen mit der Benutzerschnittstelle Mensch-Computer. Ein Forschungsgebiet dabei ist das Design von Benutzeroberflächen von Touchscreens, die im alltäglichen Gebrauch immer weiteren Einzug finden. Dazu wird auf die Grundlagen des Fitts'schen Gesetz zurückgegriffen, das eine Beschreibung der Bewegungszeit liefert, die benötigt wird eine Eingabe auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm zu machen. Am Forschungsgebiet Biomechatronik an der TU Ilmenau wird versucht einen Fitts'schen Versuch mit einer Kinect zu kombinieren um die Problemstellung auf Freiraumgesten zu erweitern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, ob es möglich ist mit einer Kinect Rückschlüsse auf einen Fitts Versuch zu ziehen, der auf einem Touchscreen durchgeführt wurde. Dazu wird ein Algorithmus entwickelt, der die Daten der Kinect aufbereitet, damit diese in Relation zu dem Fitts Versuch gesetzt werden können. Es stellt sich heraus, dass dies, zumindest eingeschränkt, möglich ist, aber auch Verbesserungsbedarf an dem Versuchsaufbau und der Durchführung besteht.
Charakterisierung der Oberfläche von Sinushaaren. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung der Oberfläche von Sinushaaren im Hinblick auf die geometrischen Eigenschaften war das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit. Zusätzlich soll die Oberfläche weder chemisch noch in einer anderen Weise beeinflusst werden. Als äußerste Schicht bildet die Cuticula, mit ihren Schuppen, die Oberfläche des Haares. Daher wurden die anderen Haarschichten vernachlässigt. Anhand von vorangegangenen Untersuchungen von Haaren oder Fasern, wurden mehrere Parameter, die für die Charakterisierung geeignet sind, ausgewählt. Schuppenanzahl, Schuppenlänge, Schuppenbreite, Schuppenhöhe und das Schuppenmuster sind die geometrischen Daten, die von der Cuticula aufgenommen werden. Nach dem Bestimmen der Vor- und Nachteile von verschiedenen Mikroskopen wurde das Laser-Scanning-Mikroskop für die Bildgebung ausgewählt. Durch eine einheitliche Orientierung der Probe und das Definieren von Messpunkten ist die entwickelte Methode reproduzierbar. Dadurch können Messungen wiederholt und die Ergebnisse gegebenenfalls überprüft werden. Bei dem verwendeten Laser-Scanning-Mikroskop ist keine spezielle Probenvorbereitung nötig und die Messung wird bei normalen Bedingungen durchgeführt. Weiterhin wurden für den Messablauf, die Messung und die Auswertung Protokolle erstellt. Es wird beschrieben, wie das Haar zu positionieren ist und jeweils die Definition der einzelnen Parameter. Für die Auswertung wurde ein Programmablaufplan erstellt, um Fehler zu minimieren und die Messung zu beschleunigen. Zum Testen der Methode wurden carpale Sinushaare von Ratten verwendet. Eine Charakterisierung der Oberfläche ist dadurch noch nicht möglich gewesen.
Auslegung der Weg-Konstruktion eines mobilen Roboters in Bezug auf deren Nachgiebigkeit. - Ilmenau. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Kern dieser Arbeit ist die Neugestaltung der Endeffektoren eines geländegängigen Wheg-Roboters (Wheg: engl. = Wheel-Leg) der zur Exploration mit Minen und Umweltgiften belasteter Areale entwickelt wurde. In Anbetracht des Projektzieles, zu zeigen, dass durch Verstellung des Phasenversatzes zwischen Speichen eines Whegs bzw. Änderung deren Nachgiebigkeit reproduzierbar Einfluss auf die Bodenreaktionskräfte sowie den Energieverbrauch genommen werden kann, geschah die Überarbeitung vor dem Hintergrund, die Funktion gefährdende Schwachstellen der vorhandenen Konstruktion zu beseitigen und die Montagezeit der, zum Zweck des Experimentierens, auswechselbaren Teile für die nachfolgenden Tests zu verbessern. Auf der Grundlage einer Anforderungsliste wurde unter Nutzung einschlägiger Literatur eine konstruktiv optimierte Lösung gefunden, die den Aspekten Leichtbau, fertigungsgerechte Gestaltung, Maximierung der Standzeit und Minimierung der Montagezeit gerecht wird.
Entwicklung mechanischer Versuchsaufbauten für statische und dynamische Belastungen von Sternumverschlussimplantaten. - Ilmenau. - 111 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit sternalen Belastungen und deren Nachbildung mittels eines biomechanischen Versuchaufbaus zur Testung von Sternumverschlussimplantaten. Kenntnisse über die Belastungen sind notwendig für die Entwicklung und Verbesserungen von Implantaten. Nur so kann eine optimale Versorgung nach einer Osteotomie gewährleitet werden, da diese vor allem bei Risikopatienten eine hohe Mortalitätsrate nach einer Sternotomie aufweist. Aufgrund des bisher unzureichenden Wissens über die physiologischen Belastungen am Sternum, werden die bis dato drei kritischsten Belastungssituationen herangezogen. Hierzu zählen das Husten, die Respiration und die Flexion. Die identifizierten Belastungen bilden zusammen mit dem biomechanischen Modell die Grundlage für die Konzeptionierung, Konstruktion und Fertigung eines geeigneten Versuchsaufbaus mit Verwendung von Knochenersatzmaterialien. Mit diesem Versuchsaufbau ist es möglich Sternumverschlussimplantate sowohl statisch, als auch dynamisch in longitudinaler und transversaler Richtung zu belasten. Die in Folge der Testung zu beobachteten Versagensmuster der Implantate können im Zuge der Entwicklung auf ihre klinische Relevanz untersucht und verbessert werden.