Bachelor Theses

Gegenstand dieser Arbeit ist die Evaluation verschiedener direkter Befestigungsmöglichkeiten von Multilumenschläuchen an Scaffolds. Durch das Aneinanderkoppeln dieser Elemente soll auf kleinem Raum eine fluidische Versorgung von Zellkulturen auf bzw. in dem Scaffold für das Tissue Engineering ermöglicht werden. Diese Zellkulturen benötigen für physiologische Vorgänge bestimmte Umgebungsbedingungen, die in einer von der Umwelt abgeschlossenen Kammer bereitgestellt werden. Dafür wird ein Gehäuse benötigt, das im vorliegenden Fall den Scaffold vollständig umgeben und einen Zugang für den Multilumenschlauch bieten muss. Hierdurch soll ein miniaturisierter Bioreaktor entstehen. Die Anforderungen für den Einsatz in der Labortechnik wurden durch die biologischen und medizintechnischen Grundlagen sowie den Stand der Technik der Bioreaktionstechnik und der Multilumenschläuche herausgearbeitet. Für die Umsetzung und Überprüfung geeigneter Ankopplungsmöglichkeiten wurden prototypische Entwürfe erstellt und fluidische Anschlussszenarien experimentell getestet. Durch den iterativen Aufbau der Versuchsreihe konnte eine kontinuierliche Weiterentwicklung des Aufbaus erfolgen, indem herausgearbeitete Defizite mit modifizierten Versuchsmodellen behoben wurden. Somit wurde sich Schritt für Schritt der näheren Bestimmung von Grenzen und Möglichkeiten des entworfenen Konzepts angenähert. Dadurch konnte festgestellt werden, dass sich das Konzept prinzipiell als fluidisches Anschlussmodell von Multilumenschläuchen und Scaffolds für eine spätere Verwendung in der Zellkultivierung eignet. Zusätzlich führten die Experimente zu dem Ergebnis, dass eine formschlüssige Anpassung des Scaffolds an den Multilumenschlauch, eine wichtige Voraussetzung ist, die durch weitere Arbeiten umgesetzt werden muss. Dann können Aussagen zur konkreten fluidischen Durchströmung des Scaffolds und der Eignung zum Einsatz im Tissue Engineering getroffen werden.

Untersuchungen des Bewegungsapparates spielen im klinischen Alltag eine immer größere Rolle. Mittels der etablierten Untersuchungsmethoden wie den bildgebenden Verfahren werden lediglich statische Daten erhoben. Von zunehmendem Interesse sind allerdings Verfahren, die Daten während der Bewegung aufnehmen und somit auch muskuläre Aktivitäten berücksichtigen. Ein dynamisches Verfahren zur Bestimmung der während des Gehens auf den Boden übertragenen Kräften und Momenten ist die Messung von Bodenreaktionskräften. Um herauszufinden, ob allein anhand von Bodenreaktionskräften ein gesundes von einem gestörten Gangbild unterschieden werden kann, wurde eine Routine in MATLAB® implementiert. Diese stellt die verschiedenen Bodenreaktionskraft-Komponenten graphisch dar und ermittelt klinisch relevante Parameter. Weiterhin wurde mit Hilfe von MATLAB® eine graphische Benutzeroberfläche erstellt, die den Einsatz der Implementierung im klinischen Alltag erleichtern soll. Zudem erfolgte die Umwandlung in ein Stand-Alone Programm, damit eine Anwendung auf allen Windows-Betriebssystemen ermöglicht wird. Das Programm soll die schnelle und einfache Messung von Bodenreaktionskräften zur Beurteilung und Dokumentation des Erfolges von Therapiemaßnahmen unterstützen.

Im Bereich der Hüftendoprothetik steht aktuell für junge und aktive Patienten, die unter schwerer Koxarthrose leiden, nur metallischer Oberflächenersatz als alternative Therapiemöglichkeit zur Totalendoprothese zur Verfügung. Doch metallischer Oberflächenersatz provoziert durch Verschleiß und Metallionenabwanderung Probleme. Diese können durch keramischen Oberflächenersatz eliminiert werden. Bei der Entwicklung keramischen Oberflächenersatzes ist die Verifikation der Eigenschaften erforderlich. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, einen Beitrag zur mechanischen Charakterisierung prototypischer keramischer Oberflächenersatz-Konstrukte zu leisten. Unter Berücksichtigung der physiologischen Belastungen des Femurs sowie möglicher kritischer Stellen der Prototypen wurde ein Prüfkonzept für eine erste mechanische Charakterisierung entworfen. Das Prüfkonzept stellt die Ermittlung der Bruchkräfte durch statische Belastungen in den Vordergrund. Mit Hilfe der Prinzipien der Mechanik und der Vorgehensweise des methodischen Konstruierens wurden Versuchsaufbauten für statische Prüfungen konzipiert. Dabei sind die Versuche als Worst-Case-Testungen ausgelegt. Die statischen Belastungstests ermöglichen eine erste Analyse zur Beurteilung der Eignung des aktuellen Designs der Femurkappe und beeinflussen das weitere Vorgehen der Entwicklung.

Die vorliegende Arbeit knüpft an das bestehende Robotermodell "T-Whex" an, welches innerhalb des NATO-Projektes "Science For Peace And Security" realisiert wird. Im bestehenden Modell wird die Fortbewegung durch phasenverschobene Whegs realisiert. Eine neue, biologisch inspirierte, Form der Fortbewegung bietet jedoch folgende Möglichkeit: Bei der Verwendung von Whegs nach dem Vorbild von Pantographenbeinen ist eine Kombination von starren Elementen und Federn möglich. Diese Feder können dazu beitragen, eine Reduktion des Drehmomentes, welches nötig ist um den Roboter fortzubewegen, zu erzielen. Dazu werden drei verschiedene Prinzipien untersucht und innerhalb dieser werden mehrere Parameter variiert. Mittels Mehrkörpersimulation wird das dem Modell entsprechende Drehmoment ermittelt und anschließend analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine geeignete Konstruktion und Parameterwahl eine Reduktion des bisher erforderlichen Drehmomentes um 1/3 oder sogar 1/10 möglich ist.

Die vorliegende Bachelorarbeit, beschäftigt sich mit der Fertigung eines Kegels mit hohem Schlankheitsgrad für biotechnische Anwendungen. Für die Verwendung an taktilen Sensorsystemen, zur Diskrimination und Lokalisation von Objekten und Oberflächen, soll der Kegel auf den Eigenschaften eines Sinushaares basieren. Es wird den Fragen nachgegangen, ob und wie so ein künstliches Tasthaar mit den Fertigungstechniken der TU Ilmenau herzustellen ist und welche Materialien dafür am besten geeignet sind. Dafür werden zuerst die Eigenschaften eines Sinushaares analysiert und ein Überblick gegeben, wie andere Forschergruppen ein künstliches Tasthaar realisiert haben. Dieses Informationen fließen in einen Anforderungskataloges ein, in dem geometrische, werkstofftechnische und fertigungstechnische Anforderungen für den zu fertigenden Kegel definiert werden. Um zu entscheiden mit welchen Werkstoffen und Fertigungsverfahren der Kegel gefertigt werden soll, werden diese anhand verschiedener Kriterien bewertet. Die Verfahren, mit der besten Bewertung, sind das 3D Druckverfahren Fused Deposition Modeling und das Nassätzen. Als Werkstoffe kommen dabei ABS bzw. Kupferdraht zum Einsatz. Nach der Auswahl erfolgen praktische Fertigungsversuche. Dabei werden die Verfahren im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit untersucht und die damit hergestellten Kegel bzgl. ihrer Geometrie beurteilt. Mit dem Fused Deposition Modeling ist es nicht möglich einen Prototypen zu fertigt, der den Vorgaben aus dem Anforderungskatalog genügt. Mit dem Ätzverfahren kann dagegen gezeigt werden, dass die Grundüberlegungen funktionieren. Daraus wurden erste Vorschläge für eine Automatisierung abgeleitet.