Entwurf eines Experimentalaufbaus zur Untersuchung einer einstellbaren, nachgiebigen Lagerung. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Sinushaare sind spezielle Haare des taktilen Sinnessystems bestimmter Säugetiere wie beispielsweise Ratten. Sie helfen den Tieren ihre Umgebung zu erkunden oder Objekte zu charakterisieren. Die Reizaufnahme erfolgt über das leblose Haar und seiner Lagerung mit Hilfe von Mechanorezeptoren, welche unter der Haut im Follikel-Sinus-Komplex liegen. Aus Hypothesen zu den Blutgefäßen des Komplexes geht hervor, dass diese als hydromechanisches bzw. viskoelastisches Lager, mit einstellbaren Parametern für das Haar genutzt werden. Aufgrund der geringen Gröye der betrachteten Strukturen ist die Untersuchung mit herkömmlichen Messmethoden ungeeignet. In der vorliegenden Arbeit werden unter Verwendung der Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (VDI 2206), verschiedene Konzepte zur technischen Umsetzung einer einstellbar nachgiebigen Lagerung vorgestellt und präzisiert. Der daraus entstandene Versuchsaufbau bildet in der makroskopischen Ebene die mechanischen Eigenschaften des Follikel-Sinus-Komplex ab. Hierzu wird ein Zahnriemen als kraftübertragendes Funktionselement eingesetzt. Über die aktive Variation der Riemenspannung, durch die Abstandsvariation der Riemenscheiben und verschiedener passiver Druckfederelemente, ist es möglich die Lagerung einstellbar nachgiebig zu gestalten. Eine Bewertung und Analyse durch theoretische und praktische Versuchsdurchführungen dient der Validierung des Versuchsaufbaus.
Recording and characterization of Envirobot locomotion. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Aufnahme und der Charakterisierung der Bewegungen von Schwimmrobotern. Im Fokus der Untersuchungen stand der im Biorobotics Labor der École polytechnique fédérale de Lausanne entwickelte Envirobot. Die Aufnahme der Bewegungen erfolgte sowohl intern - integriert in den Roboter - mittels eines Encoders, über den die Motorstellung erfasst wurde, als auch extern mittels LED- und Kamera-Trackingsystemen. Als Vergleichsobjekt zum Envirobot diente der an der Technischen Universität Ilmenau entwickelte Schwimmroboter URMELE, welcher im Gegensatz zum Envirobot eine andere Schwimmform aufweist und einfacher zu steuern ist. Zur Charakterisierung der Schwimmbewegung der Roboter wurden diese mit verschiedenen Anregefrequenzen und -amplituden angesteuert. Die Ergebnisse der verschiedenen Trackingsysteme wurden miteinander verglichen. Auftretende Trackingfehler wurden quantifiziert und durch geeignete Nachbereitung kompensiert.
Auswahl von Verfahren zur Analyse von Zellen und ihrer austauschbaren Umgebungsmedien für die Anwendung in miniaturisierten Systemen. - 98 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, Messverfahren für die Analyse von Zellen und ihren Umgebungsmedien auf ihre Eignung zur Anwendung für miniaturisierte Zellkultivierungssysteme zu prüfen. Dazu werden die Eigenschaften miniaturisierter Zellkulturen und bereits miniaturisierter Messverfahren betrachtet und daraus Anforderungen abgeleitet. Grundlage für die Bewertung der Miniaturisierung und Anwendbarkeit in kleinen Probevolumen bilden Skalierungseffekte, Messanforderungen und Analyseprinzipien. Bei den Messverfahren zur Überprüfung der Vitalität der Zellen hat sich ergeben, dass die Rückstreulichtmessung und die Impedanzmessung für die miniaturisierte Anwendung gut geeignet sind. Bewertet werden außerdem Messverfahren zur Bestimmung des pH-Wertes, bei denen zwei elektrische Sensoren gut abgeschnitten haben. Auch Messverfahren für andere Parameter (z.B. Sauerstoffpartialdruck, Kohlenstoffpartialdruck, Glucose) werden bewertet. Insgesamt sind Messverfahren für eine miniaturisierte Anwendung gut geeignet, deren Messprinzip durch Skalierungseffekte nicht abgeschwächt wird, die hochsensitiv sind und nicht über ein Nachweisprinzip messen. Außerdem ist es von Vorteil, wenn erhaltend und inline beziehungsweise online gemessen wird, sodass die Messverfahren später in Bio-mikro-opto-elektromechanischen Systemen (BioMOEMS) zur Kontrolle und Steuerung der Zellkultur eingesetzt werden können.
Risikobewertung sturzinduzierter Femur-Frakturen : eine 3D-Modellierung und Simulation mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM). - 42 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Mit zunehmendem Alter erleiden die Sinne als auch der Bewegungsapparat altersinduzierte Beeinträchtigungen, so dass es häufiger zu Stürzen kommt. Häufigste Verletzung ist dabei die Fraktur des Oberschenkelknochenhalses, welche in der Folge den betroffenen Menschen stark einschränkt. In diesem Zusammenhang muss untersucht werden, wie ein Sturz im Allgemeinen abläuft. Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, bei welchen Belastungen und Beschleunigungen es zu einer Fraktur des Oberschenkelknochens kommt. Hierzu wird eine rechnergestützte Simulation eines Sturzaufpralls mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt. Dafür werden aus wissenschaftlichen Arbeiten Materialeigenschaften sowie Randbedingungen für ein passendes Simulationsmodell ermittelt. Die Simulation wird im Computerprogramm ANSYS als dynamischer Lastfall durchgeführt. Anschließend werden die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und deren Bedeutung für das Projekt herausgestellt.
Schwingungsfähige Membranen in Natur und Technik. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Schwingungsfähige Membranen, d.h. zweidimensionale elastische Körper, die entlang ihres Randes eingespannt sind, stellen Bestandteile vieler technischer Systeme, wie Lautsprecher und Mikrofone, dar. Aufgrund ihrer Fähigkeit mechanische Schwingungen ausführen zu können, werden sie sowohl zur Schallaufnahme als auch -erzeugung genutzt. In der Natur sind schwingungsfähige Membranen in der Fauna in akustisch sensitiven und lauterzeugenden Organen zu finden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es eine Literaturrecherche zu schwingungsfähigen Membranen in der Natur durchzuführen und eine Systematik für diese zu entwickeln. Dabei wurde sich im Rahmen dieser Arbeit zunächst auf Membranen in der Fauna beschränkt. Von der Einteilung der Fauna in Wirbeltiere und Wirbellose ausgehend, erfolgte zunächst eine Bestimmung der Tierklassen, in welchen schwingungsfähige Membranen als Bestandteile akustisch sensitiver und lauterzeugender Organe nachgewiesen wurden. Die Darstellung der Rechercheergebnisse erfolgte zunächst tabellarisch. Dabei wurden versucht die biologischen Membranen nach technischen Aspekten einzuteilen. Als Anhaltspunkt dienten dabei Kenntnisse, welche im Rahmen einer einführenden Recherche zu technischen Applikationen unter Nutzung schwingungsfähiger Membranen erarbeitet wurden. Genauere Informationen zu technischen Systemen konnten nicht gewonnen werden, da die Hersteller Details zur Beschaffenheit der Membranen nicht preisgeben. Die tabellarische Auflistung umfasst insgesamt 18 Membranen aviatischer, terrestrischer und aquatischer Spezies und kann bei einem bioinspirierten Entwurfsprozess zur Erweiterung des Lösungsraumes genutzt werden. Aus den Daten in der Tabelle erfolgte der Versuch einer ersten Systematisierung der Membranen in der Fauna. Hierbei wurden Gemeinsamkeiten, wie speziesübergreifende Bauprinzipien der Membranen, sowie spezifische Besonderheiten festgestellt. Zusätzlich wurde versucht einige Parameter gegenüberzustellen, um Korrelationen herauszuarbeiten. Anhand der jetzigen Stichprobenanzahl konnten noch keine allgemeingültigen Aussagen zu schwingungsfähigen Membranen in der Fauna getroffen werden. Durch die Ergänzung und Erweiterung der vorhandenen Daten kann dieses Potential noch erschlossen werden.
Korrelation interner und externer Belastungen am künstlichen Hüftgelenk bei alltäglichen Aktivitäten. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Hintergrund: Coxarthrose ist ein immer häufiger auftretendes Krankheitsbild und beeinträchtigt die Lebensqualität von Betroffenen in starkem Maße. Aufgrund der steigenden Fallzahlen ist es notwendig, den Krankheitsverlauf so schnell wie möglich zu erkennen und behandelnde Maßnahmen einzuleiten. Eine große Rolle bei der Erkennung des Krankheitsbildes spielen hierbei die Bodenreaktionskräfte. Anhand von Veränderungen des Gangbildes sollen so Rückschlüsse auf die im Hüftgelenk wirkenden Kräfte geschlossen werden. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, Zusammenhänge zwischen den in vivo Belastungen im Hüftgelenk und den externen Belastungen, den Bodenreaktionskräften, bei alltäglichen Aktivitäten nach drei, sechs und zwölf Monaten postoperativ näher zu untersuchen. Material und Methode: Grundlage der vorliegenden Arbeit sind die instrumentierten Endoprothesen des Julius-Wolff-Institutes. Dies wird durch telemetrische Übertragungen von in vivo Gelenkbelastungen ermöglicht. Die Untersuchungen und Messungen wurden bei zehn Patienten durchgeführt, welche zuvor mit einer solchen Hüftendoprothese versorgt wurden. Simultan zu den Gelenkbelastungen wurden mittels AMTI Kraftmessplatten die auf den Boden wirkenden Reaktionskräfte bzw. -momente erfasst. Alltägliche Aktivitäten wie der Zweibeinstand, Einbeinstand, Gehen und Sitzen wurden hierzu untersucht. Ergebnisse: Insgesamt lassen sich zwischen den in vivo Hüftkontaktkräften und den Bodenreaktionskräften deutliche Differenzen nachweisen. So treten Unterschiede von bis zu 150%BW im Einbeinstand auf. Zudem zeigten sich starke patientenindividuelle Belastungsspitzen. Signifikante Veränderung im postoperativen Verlauf zwischen drei und zwölf Monaten wurden lediglich beim Aufstehen und Hinsetzen nachgewiesen. Fazit: Basierend auf den Ergebnissen dieser Bachelorarbeit ist ein eindeutiger Zusammenhang zwischen interner und extern Hüftgelenkbelastung nicht nachzuweisen. Für mögliche Relationen der Belastungen wird eine zusätzliche Untersuchung der Muskelaktivität empfohlen.
Gestaltung einer elektronischen Steuerung für den Antriebs- und Lenkmotorenkomplex einer neuartigen Mobilitätshilfe. - 164 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Software-Konzept für den Steuer- und Lenkkomplex, eine auf die Software angepasste Hardware sowie ein exemplarisches Modell einer neuartigen hindernistauglichen Mobilitätshilfe, das Wheg-Mobil konzipiert. Das Wheg-Mobil soll es Menschen mit einer leichten Gehbehinderung ermöglichen, Ziele im näheren Umfeld eigenständig zu erreichen. Im Rahmen des Projektes wurde zuerst ein Lastenheft erarbeitet. Für die Entwicklung einer angepassten Software an das Modell wurden danach Programmablaufpläne sowie Teilprogramme zur Umsetzung aller Anforderungen an das Mobilitätssystem erstellt. Im Fokus stand dabei eine spezielle Lenkungs- und Antriebsregelung des Wheg-Mobils. Nach Testung des Zusammenspiels aller Teilprogramme, kam es zur Auswahl der Hardware. Dies betrifft Prozessor, Steuerplatine und die exemplarische Modellplatine. Modell- sowie Steuerplatine wurden eigens für die Ansprüche des Systems entwickelt und bestückt. Nach Fertigstellung von Hard- und Software wurden beide Systeme getestet und optimiert.
Konzeptentwurf zur Bestimmung der tatsächlichen Vibrationsfrequenz von Vibrationsmotoren beim Einsatz als haptische Informationsquelle. - 77 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Diese Arbeit wurde erstellt, um das Projekt BUNDSCHUH zu unterstützen. Ziel dieses Projekts ist es die Selbstständigkeit von älteren Menschen, durch den Einsatz technischer Mittel, zu stärken. Dies wird unter anderem mit einer vibrationsbasierten Orientierungshilfe erzielt. Für die Vibrationsmotoren der Orientierungshilfen wurde von Lutherdt et al. ein Zielfrequenzbereich von 170 Hz bis 200 Hz. Für den Erfolg des Projekts ist es kritisch, dass die Vibrationsmotoren im Zielfrequenzbereich betrieben werden. Aufgrund des Aufbaus der Orientierungshilfe besteht ein vom Körpergewicht der Zielperson abhängiger jedoch unbekannter Zusammenhang zwischen Energieversorgung und Vibrationsfrequenz. Um die Motoren im Zielfrequenzbereich betreiben zu können muss dementsprechend der Einfluss des Körpergewichts auf die Frequenz untersucht werden. Hierfür ist ein Vibrationsmessaufbau erforderlich. Bei der Recherche der aktuell verfügbaren Frequenzmessverfahren zeigte sich, dass die meisten Methoden nicht geeignet sind, um die vorliegende Messaufgabe zu lösen. Dies ist auf den besonderen Aufbau der Orientierungshilfe zurückzuführen. Letztlich sind lediglich zwei der bekannten Verfahren dazu geeignet die Messaufgabe zu lösen. Diese auf elektrischen und akustischen Eingangsgrößen basierenden Verfahren werden ausführlich vorgestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde schließlich das akustische Verfahren umgesetzt und zur Lösung der Messaufgabe eingesetzt. Mit Hilfe des speziell für die Aufgabe entwickelten Messprograms wurden diverse Frequenz-Last-Kennlinien aufgenommen, um den Einfluss des Körpergewichts auf die Vibrationsfrequenz zu untersuchen. Anschließend werden die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und deren Bedeutung für das Projekt herausgestellt.
Skalierungseffekte der Biosynthese mittels Hefen. - 124 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die biosynthetische Produktherstellung unter Verwendung lebender Organismen in miniaturisierten Bioreaktoren birgt das Potential, den Aufwand für die Bioproduktion senken zu können und diese gleichzeitig schneller, flexibler und effizienter zu gestalten. In diesem Zusammenhang gilt es, die Nachteile und Skalierungsgrenzen bestehender Bioreaktoren im Makrobereich zu ermitteln sowie Vorteile und Möglichkeiten ihrer Miniaturisierung aufzuzeigen. Die Inhalte dieser Arbeit stützen sich auf die zellbiologischen und biochemischen Grundlagen des ausgewählten Modellorganismus Hefezelle. Auf Basis der modelltheoretischen und mathematischen Beschreibung der Skalierungsgesetze werden die Grenzen bestehender Systeme aufgezeigt und die Vorteile der Miniaturisierung begründet. Auf Grundlage dessen konnte der Einfluss des Zusammenwirkens der physikalischen, chemischen und biologischen Prozessparameter auf die biosynthetische Aktivität der Hefezellen ermittelt und deren Dimensionsabhängigkeit bestimmt werden. Auf Basis einer systematischen Zusammenstellung biotechnologisch etablierter Hefestämme wurde eine Auswahl geeigneter Hefen getroffen, die den Anforderungen an einen Produktionsorganismus für den Einsatz in einem miniaturisierten Bioreaktor genügen. Im Ergebnis der Ausführungen konnte festgestellt werden, dass die Möglichkeit besteht, die biosynthetische Produktion mittels Hefezellen unter Zuhilfenahme etablierter Systeme und Methoden der Mikrosystemtechnik und Mikrofluidik vom Makro- in den Mikrobereich zu überführen.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857533940kling.txt
Technische Anwendung einiger Funktionsprinzipien von Tasthaaren. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die vorliegende Arbeit, mit dem Titel "Technische Anwendung einiger Funktionsprinzipien von Tasthaaren", beschäftigt sich mit einem speziellen Sinnesorgan von säugenden Lebewesen, dem Tasthaar. Auch als Vibrisse bekannt wird die biologische Seite, von der Anatomie (Lehre vom Aufbau) bis hin zur Physiologie (Lehre von den physikalischen und biochemischen Vorgängen in den Zellen, Geweben und Organen aller Lebewesen) dieses Sinnesorganes, näher veranschaulicht. Funktionsprinzipien der Sinneshaare und Anwendungsbereiche werden betrachtet um Analogien in der Technik zu finden und diese miteinander vergleichen zu können. Ziel dieser Arbeit ist eine aktuelle Zusammenfassung verschiedener, technischer Anwendungen nach dem Vorbild einiger Funktionsprinzipien der Tasthaare. Auf ein Themengebiet im medizinischen Sektor wird hierbei genauer eingegangen, um daran Zukunftsvisionen beispielhaft zu veranschaulichen und den Nutzen, sowie das Potential von künstlichen Tasthaaren in der Technik zu verdeutlichen. Zukünftige oder aktuell laufende Wissenschaftsstudien könnten auf den erarbeiteten Informationen aufbauen, um Forschungszweige aufzuzeigen, welche bisher noch nicht betrachtet wurden, beziehungsweise um aktuelle Problemstellungen zu lösen.