Master and Diploma Theses

Diese Arbeit umfasst die Entwicklung und Konstruktion eines Versuchsaufbaus zur Messung von Bodenreaktionskräften bei Wheg-Robotern. Der Teststand besteht dabei aus einem Grundgerüst und einem an zwei Führungsstangen geführten Messschlitten. Die Bodenreaktionsräfte werden dabei indirekt an der Aufhängung des Whegs durch eine Kraftmessdose aufgenommen. Die Arbeit besteht aus einer Übersicht über bestehende Wheg-Roboter und geht näher auf das WARMOR-Projekt der TU Ilmenau ein. weiterhin wurde eine Klassifizierung von Laufuntergründen definiert. Der Testaufbau wurde entworfen, entwickelt und gefertigt und daran eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Die Ergebnisse wurden diskutiert und ein Ausblick auf die Weiterentwicklung des Messsystems wurde gegeben.

Viele Rückenschmerzen stellen ein bedeutendes Problem in der modernen Gesellschaft dar. Als eine Quelle solchen Schmerzes gelten unter anderem die Facettengelenke. Wissen über die mikrostrukturelle Degeneration der Gelenkflächen ermöglicht es die Facettengelenke in therapeutische Strategien einzubeziehen. Ziel der Arbeit ist es die morphologischen Veränderungen der Knorpel- und Knochenstrukturen zu charakterisieren. Methoden Teile von 38 humanen lumbalen Gelenkfortsätzen, welche während einer lumbalen Spondylodese entnommen wurden, werden mikrostrukturell untersucht. Das biologische Gewebe wird mit Osmiumtetroxid kontrastiert, mit Aceton entwässert und in Spurrharz eingebettet. In einem Querschliff der Präparate werden Knorpel und Knochen dargestellt und mittels der Rasterelektronenmikroskopie visualisiert. Zusätzlich werden die Proben mikrocomputertomographisch gescannt und mittels der Ergebnisse von Bildanalysen in Degenerationsstadien eingeteilt. Ergebnisse Alle Gelenkflächen zeigen degenerativ verändertes Knorpelgewebe und weisen eine erhöhte Anzahl an Chondrozyten sowie eine trabekulär verstärkte Spongiosa auf. 10 von 38 Proben (26 %) verfügen über eine pathologisch verdickte Kalzifizierungszone. Die Energiedispersive Röntgenspektroskopie liefert den Nachweis für die Einlagerung von Hydroxylapatit in das Knorpelgewebe. Alle Proben befinden sich im zweiten oder dritten Stadium der fortgeschrittenen Degeneration. Ein genereller Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der mikrostrukturellen Schädigungen und Alter, Geschlecht, BMI, Wirbelgleiten, Facettendegeneration sowie Bandscheibendegeneration konnte nicht nachgewiesen werden. Es ist jedoch sicher, dass die Proben, bei denen ein global diffuser Knorpelverlust vorliegt, vorrangig von übergewichtigen Patienten stammen. Außerdem besitzen die weiblichen Proben insgesamt eine dünnere Knorpelschicht als die männlichen. Es existieren keine Abhängigkeiten der ermittelten Parameter Knorpeldicke, Trabekelanteil und Zellzahl untereinander. Schlussfolgerungen Die Ergebnisse dieser Studie stellen eine Basis für weitere Mikrostrukturuntersuchungen der Facettengelenkdegeneration dar.

Diese Arbeit befasst sich mit den Grundlagen der Reibungstechnik. Dabei werden grundlegende Themen wie die Geschichte der Tribologie, die Herkunft der ersten Reibversuche und deren gewonnen Erkenntnisse vorgestellt. Fortgesetzt wird es mit den Grundlagen der Tribotechnik und der Vorstellungen des tribologischen Grundsystems, welches die Reibung als zwei Flächen in Relativbewegung zueinander behandelt. es wird erläutert was ein Gelenk ist und welche Voraussetzungen an die Funktion eines Gelenks gesetzt werden. Weiterhin wird das Thema der Gleitlager und deren Bauarten, sowie die Stribeck Kurve behandelt. Es wird zusätzlich noch der Vergleich technischer Lager mit Gelenken in der Natur gezogen. Danach wird der Stand der Technik für Reibtestsysteme gezeigt. Dabei werden speziell Systeme mit dem Prinzip der Vergleichsmessung behandelt. Zusätzlich wird dabei auch der Unterschied der vorhandenen Prinzipien mit dem in dieser Arbeit vorhandenen Prinzip erläutert. Es wird daraufhin konstruktiv das Problem behandelt. Von der Erstellung der Funktionsgruppen bis hin zum Bewerten der einzelnen Lösungen mithilfe einer Bewertungsmatrix. Es werden noch die Grundlagen der freien gedämpften Schwingung erläutert um damit die Eigenfrequenz des Systems zu berechnen. Am Ende gibt es noch das Pflichtenheft, welches alle vorhandenen Produktdaten beinhaltet sowie auch Vorschläge für die Erweiterung des Prüfstandes.

Das Fachgebiet Biomechatronik beschäftigt sich im Zuge verschiedener Projekte mit BioMEMS-Systemen. Im Bereich der Zellkultivierung soll es zukünftig möglich sein, mit Hilfe von geeigneten Bildverarbeitungsprogrammen Zellen zu detektieren. Um diese komplexe Aufgabenstellung umzusetzen, wurden Teilaufgaben abstrahiert. In dieser Arbeit sollte deshalb ein Verfahren zur echtzeitfähigen Suche von Objekten in segmentierter Strömung gefunden werden. Bei den untersuchten Objekten handelt es sich um Wasserkompartimente in Tetradecan, da diese als grobe Abstraktion für Zellen angenommen werden können. Um eine Erkennung zu realisieren, wurde eine Literaturrecherche über gängige Verfahren der Bildverarbeitung vorangestellt. Neben diesen wurden auch unterschiedliche Softwarelösungen analysiert. Dabei wurde vor allem eine kostengünstige und leicht umsetzbare Variante für das Projekt gesucht. Des Weiteren wurde eine Bewertungs- bzw. Auswahlmatrix erstellt, welche die Segmentierungsmethoden vor allem im Bezug auf Kompartimente und Zellen bewertet. Dabei stellte sich heraus, dass die Matrix nur als Entscheidungshilfe und nicht als alleiniges Auswahlkriterium genutzt werden kann. Im Anschluss wurde ein Demonstrationsexperiment aufgebaut, mit dessen Hilfe Aufnahmeparameter bestimmt und festgelegt werden konnten. Die Aufnahmen wurden mit Videos des Fachgebiets Physikalische Chemie/Mikroreaktionstechnik verglichen und die geeignetsten zur Verwirklichung eines Algorithmus zur Objekterkennung ausgewählt. Zusammenfassend wurde eine Anweisung der optimalen Aufnahmeparameter zusammengestellt, um einen Algorithmus zur Objekterkennung in segmentierter Strömung möglichst leicht realisieren zu können. Dieser wurde erfolgreich umgesetzt und kann zur Weiterverarbeitung in späteren Forschungen mit Zellkulturen genutzt werden.

Die Transformation von sensorischen Reizen in entsprechende motorische Antworten wurde beispielsweise von Corneil et al. und Pruszynski et al. in einer Vielzahl von Experimenten mit Affen und Menschen untersucht. Sie fanden heraus, dass reaktionsrelevante Reize in der Lage sind reflexartige Reizantworten mit kurzen Latenzzeiten in Nacken- und proximalen Armmuskeln hervorzurufen. Diese sind mittels Elektromyographie (EMG) messbar. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, diese Reizantworten mit kurzen Latenzzeiten, welche in Verbindung mit verdeckter visuell-räumlicher Aufmerksamkeit in den tiefliegenden Muskeln des Nackens und der Schulter auftreten, mittels Elektromyographie zu messen. Hierbei wurde die räumliche Abhängigkeit des visuellen Stimulus von der Entstehung einer motorischen Antwort in den "stimulus-response compatibility tasks" oder "anti-saccade tasks" manipuliert, um spontane Reizreaktionen getrennt von der reflexartigen Muskelaktivität betrachten zu können. Es wurden vier Experimente mit gesunden Probanden durchgeführt. Oberflächen- oder Fine-Wire-Elektroden wurden auf bzw. in verschiedene Muskeln des Halses, der Schulter und des proximalen Oberarms appliziert. Die aufgezeichneten Reaktionszeiten resultieren aus den manuellen Reaktionen oder sakkadischen Augenbewegungen. Sie wurden zur Beurteilung der korrekten Durchführung herangezogen. Die Auswertung der Ergebnisse zeigte, dass die Probanden in Übereinstimmung mit dem erwarteten Simon-Effekt agierten. Die zeitgleich aufgezeichneten EMG-Signale jedes Probanden wurden auf das Vorhandensein von Reflexantworten mit äußerst kurzen Latenzzeiten überprüft. Die Auswertung zeigte, dass die transienten visuellen Antworten in den menschlichen Nackenmuskeln weder mit Oberflächen- noch mit Fine-Wire-Elektroden gemessen werden können. Die Erkenntnisse dieser Masterarbeit können in Zusammenhang mit den erarbeiteten Verbesserungsvorschlägen als Hinweise für zukünftige Versuche dienen.