Master- und Diplomarbeiten

Beyer, Constantin Willem;
Measurement of external in-walking-disturbances in young healthy adults. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Einleitung: Die mit dem Alter steigende Vulnerabilität für Gleichgewichtsstörungen ist multifaktoriell. Sie wird unter anderem geprägt von Veränderungen auf sensorischer (Propriozeption), neu-raler (z.B. Reflexe) und neuronaler (Wahrnehmung) Ebene. Ein erster wichtiger Schritt, um Screening-Tools zu entwickeln, welche Hinweise auf die individuellen Beeinträchtigungen in dieser Kette geben, ist es, Detektionsschwellen (für gesunde junge Menschen) für alle Ebenen zu etablieren. Ziele: Die dieser Arbeit zugrunde liegende Studie wurde durchgeführt, um Detektionsschwellen für bewusste Wahrnehmung (neuronale Ebene) und lokale Muskeldetektion (Reflexebene) in jungen gesunden Menschen zu etablieren. Die Hypothese war, dass die lokale Muskeldetektion, nachgewiesen durch veränderte Muskelaktivierungen, die Reflexmechanismen anzeigen, bei kleineren Störamplituden sichtbar sind als denen, die bewusst wahrgenommen werden. Methoden: 15 junge Erwachsene (8 w, 7 m, 23,4 ± 3.7 Jahre), liefen auf einem geteilten Laufband. Währenddessen wurde eines der Laufbänder zufällig bei Fersenauftritt auf eine bestimmte Geschwindigkeit gebremst und 200 ms später wieder beschleunigt (Ausrutschen). Es gab neun verschiedene Störamplituden (0 m/s „control“ bis 0.3 m/s). Ich fragte die Versuchsteilnehmenden, ob sie die Störung wahrgenommen hätten (bewusste Wahrnehmung). Ich zeichntete Oberflächen-Elektromyographie-Signale von M. tibialis anterior (TA) und M. gastrocnemius medialis (MG) auf. Mit einem psychometrischen Modell habe ich die Detektionsschwelle für bewusste Wahrnehmung berechnet. Um signifikante Änderungen in den Muskelaktivierungen zu identifizie-ren, habe ich Statistical Parametric Mapping genutzt. Ergebnisse: Signifikante Änderungen in den Muskelaktivierungen für TA und MG waren beim Vergleich von gestörtem und ungestörtem Gehen < 200 ms nach Beginn der Störung und ˜50 ms nach den ersten signifikanten Änderungen im Winkel des Fußgelenks und für kleinere Störamplituden (0.035 m/s) sichtbar als jene, die bewusst wahrgenommen wurden (0.06 ± 0.02 m/s). Fazit: Die von den Störungen ausgelösten Reflexe zeigten sich bei geringeren Amplituden als denen, die von der Kohorte bewusst wahrgenommen werden konnten. In weiteren Arbeiten sollte untersucht werden, wie sich diese Ergebnisse auf vulnerable Gruppen übertragen.

Sill, Yannick Lee;
Inbetriebnahme und Integration der Sensorik in den Roboter e-Nandu sowie Charakterisierung der viskoelastischen Beinparameter für unterschiedliche Gangarten. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Ziel dieser Arbeit ist die Inbetriebnahme und Integration der Aktorik und Sensorik in den Roboter e-Nandu. Das gleichnamige Projekt zielt darauf ab, einen leichten bipeden Laufroboter auf Grundlage der Vogellokomotion zu entwickeln, der sich energieeffizient und selbststabilisierend fortbewegen kann. Basis dafür ist ein numerisches Modell das mithilfe von e-Nandu in der Praxis getestet werden soll. Zunächst werden die Grundlagen der bipeden und robotischen Lokomotion abgehandelt und der Stand der Technik bipeder Roboter dargelegt. Anhand ausgewählter Beispiele werden bipede Roboter auf Grundlage der Vogellokomotion betrachtet, um so die Ideen und Konzepte hinter e-Nandu einordnen zu können. Eine kurze Analyse spiegelt den aktuellen Robotermarkt, dessen Entwicklung und Trends wider. Des weiteren wird die Geschichte moderner Industrie- und Serviceroboter aufgegriffen. In dieser Arbeit wird die Inbetriebnahme und Programmierung der Aktoren und Sensoren mithilfe des Motion-Controllers MiniMACS6 dokumentiert und die Sensorgrößen in die für das numerische Modell nötigen Größen umgewandelt. Hierfür wurden zunächst Aktoren und Sensoren mit dem MiniMACS6 verkabelt und nötige Modifikationen zur Herstellung der Kompatibilität eingebracht. Die Motoren wurden durch das Festlegen nötiger Parameter für Motor, Encoder und internen Verstärker sowie durch Einstellen des PID-Lage- und Stromreglers in Betriebsbereitschaft versetzt. Die Sensorgrößen wurden eingelesen und in die nötigen Modellgrößen umgewandelt. Mithilfe von Photomicrosensoren wurde eine Referenzfahrt (Homing) für die Motoren programmiert. So führt e-Nandu nach dem Einschalten die programmierte Homing-Sequenz aus, nimmt einen bekannten Ausgangszustand ein und ist durch betriebsbereite Aktoren und Sensoren für weitere Motion-Control-Befehle einsatzbereit. Ebenso wurde in dieser Arbeit die Konstruktion von e-Nandu auf das numerische Modell abstrahiert und anhand der zugrundeliegenden Gleichungen dessen Realisierung mit vorhandenen Aktoren und Sensoren dargelegt.

Reckenbeil, Jens;
Konstruktionsoptimierung der Bauteile für einen Wheg-getriebenen Explorationsroboter. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der ersten Version des Wheg Roboter „StepONE“. Es werden Kritikpunkte der Konstruktion analysiert. Basierend auf einem zuvor erstellten Anforderungskatalog werden anschließend Konzepte erarbeitet, um die Schwachstellen zu beseitigen. Die einzelnen Prinzipe werden nach zuvor definierten Kriterien bewertet. Anschließend werden die Festigkeitsnachweise für die jeweils bestgeeigneten Konzepte erbracht. Im Rahmen der Konstruktion einer überarbeiteten Plattform „StepONE V2.0“ wird ein Demonstrator entwickelt, welcher den Anforderungen genügt. Dabei wird auf eine robuste Leichtbauweise sowie Montage- und Wartungsfreundlichkeit geachtet. Abschließend wird die neue Fahrplattform gefertigt, montiert und es erfolgen erste Funktionstests.

Planitzer, Phillip;
Entwicklung und Aufbau eines Ratten-Exoskeletts für die Aufprägung mechanischer Perturbationen. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Um die Bewegungskontrolle von Säugetieren besser zu verstehen, werden im Institut für Zoologie und Evolutionsforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena Bewegungsanalysen mit Laborratten durchgeführt. Diese werden in mehreren Versuchsreihen auf unterschiedliche Weise in ihrer Lokomotion gestört, um die Reaktionen der Körperstrukturen zu beobachten, die ihre Bewegungen kontrollieren. In zukünftigen Versuchsreihen sollen mithilfe eines Rattenexoskeletts gezielt Perturbationen in der Sagittalebene auf die caudalen Knöchel der Ratte aufgeprägt werden, die in ihrer Kraftgröße und -richtung, sowie ihrem Interaktionszeitpunkt variiert werden sollen. Im Rahmen dieser Thesis wurden nach einer Grundlagenrecherche mehrere Lösungsvarianten für dieses Exoskelett erstellt und bewertet. Die am besten bewertete Variante wurde vollständig konzipiert und in mechanischer und elektrischer Hinsicht entwickelt. Des Weiteren wurde ein Anschauungsmodell (Proof of Concept) des Exoskeletts additiv gefertigt, montiert und an dem Modell einer Ratte angebracht. Das entwickelte Exoskelett soll nach der tatsächlichen Herstellung, Montage und Implementierung der Regelung bei zukünftigen Bewegungsanalysen eine vollständige Bewegungssteuerung der caudalen Knöchel durchführen können. Dadurch könnte auch bewegungseingeschränkten Ratten das Gehen ermöglicht werden. Die Erkenntnisse der Versuchsreihen sollen zudem dabei helfen, die bereits existierenden digitalen Modelle einer gehenden Ratte und eines synthetischen Nervensystems zu optimieren.

Schönfeld, Aron;
Untersuchung intraoraler Zwangskräfte : ein Beitrag zur Objektivierung kieferorthopädischer Behandlungen. - Ilmenau. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In der Masterarbeit wird ein Beitrag zur Objektivierung der kieferorthopädischen Behandlung durch die Entwicklung einer sensorischen herausnehmbaren Zahnspange – zur Untersuchung intraoraler Zwangskräfte – geleistet. Auf der Grundlage des aktuellen Standes der Wissenschaft und Technik werden geeignete Sensorkonzepte zur Messung intraoraler Kräfte bei der kieferorthopädischen Behandlung entwickelt. Dabei werden anhand von Simulationen geeignete Sensorpositionen ermittelt und Konzepte sowie erste Prototypen einer sensorischen herausnehmbaren Zahnspange erstellt. Für die Überprüfung der Sensorkonzepte bzw. Prototypen wird der Aufbau einer Messvorrichtung realisiert.

Steinz, Josefine;
Erstellung und Diskussion eines Konzepts für ein VR-gestütztes, individualisierbares EMS-Trainingssystem für Freizeit- und Hobbysportler. - Ilmenau. - 176 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Zeitmangel und fehlende Motivation werden in der modernen Gesellschaft häufig als Gründe für den Verzicht auf konventionelle sportliche Betätigung genannt. Als Alternative ist deshalb seit einigen Jahren das Training mittels elektrischer Muskelstimulation (EMS) populär geworden, welches schnelle Erfolge mit nur 20 Minuten pro Trainingseinheit verspricht. Das Ziel der Masterarbeit war die Erarbeitung eines Konzepts für ein neuartiges EMS-Trainingssystem für den Studio- und Heimgebrauch, welches eine individualisierte und an die Bewegung angepasste Muskelstimulation mit einer virtuellen Realität verbindet und somit Nutzer-akzeptanz und Effektivität des Trainings steigert. Auf Basis einer Literaturrecherche wurden der Stand der Technik, der Markt und potenzielle Nutzer analysiert und mittels eines Probandenversuchs Erkenntnisse zur Aktivierung spezifischer Muskeln gewonnen. Im Ergebnis der Arbeit stehen ein umfassender Anforderungskatalog und ein Konzept, deren Fokus auf der Kombination von Elektromyostimulation und Elektromyographie zur parallelen Stimulation und Messung der Muskelaktivität liegt. Entscheidend hierfür ist neben dem zeitlichen Zusammenspiel der Komponenten die Konfiguration der verwendeten Oberflächenelektroden. Aufgrund der Ergebnisse wird erwartet, dass bei der Implementation des Systems Probleme unter anderem in Bezug auf die Wahrnehmung des Anwenders und die zeitliche Koordination der Aktivitätsmessung und der Regelung der Stimulationsparameter auftreten. Die theoretischen Ausführungen dieser Arbeit dienen als Grundlage für die praktische Entwicklung des Trainingssystems und den nutzerzentrierten Designprozess.

Yuan, Yujian;
Untersuchungen und Konzepterstellung für eine teilautomatisierte Montagestrecke mit kooperativen Leichtbaurobotern. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Der Einsatz kollaborativer Robotersysteme in Produktionssystemen und -einrichtungen gewinnt eine immer größere Bedeutung. Diese Entwicklung betrifft insbesondere Fertigungsbereiche mit hohen Anforderungen an die Flexibilität der Stückzahlen oder Variabilität der Produkte. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie sich der Einsatz von kollaborativen Robotern in einer Montagestrecke auswirkt und dafür ein entsprechendes Anwendungskonzept entworfen. Nach Festlegung der Anforderungskriterien wurde eine Auswahl möglicher Roboter getroffen, deren Einsatzmöglichkeiten geprüft und ein Konzeptvorschlag für den Einsatz in der Montage von Autobatteriemodulkomponenten erarbeitet. Dieser Vorschlag wurde mit dem jetzigen Stand verglichen und bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass der Einsatz zweier zusätzlicher kollaborativer Roboter in diesem Scenario lohnenswert ist gegenüber der bisherigen Lösung mit lediglich einem Entladeroboter. Der Nachweis wurde geführt über die Betrachtung ökonomischer Kennzahlen (Arbeitszeit, Investitionskosten) wie auch Qualitätskriterien (Montagegenauigkeit).

Ringkamp, Alexandra;
Aufbau und Validierung eines digitalen Menschmodells in Verbindung mit einem Exoskelett unter alaska/Dynamicus. - Ilmenau. - 83 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In der Industrie führen muskuloskelettale Erkrankungen durch das Heben und Tragen schwerer Gegenstände sowie durch repetitive Tätigkeiten häufig zu Fehltagen. Eine Möglichkeit, Fehl- und Überbelastungen vorzubeugen, ist der Einsatz von Exoskeletten. Da es sich hierbei um ein eher junges Forschungsgebiet handelt, gibt es bisher keine standardisierten Methoden zur Evaluierung dieser Systeme. Zum Teil werden Probandenstudien mit gefertigten Prototypen durchgeführt. Eine andere Möglichkeit ist die vollständig virtuelle Analyse mit Hilfe eines digitalen Menschmodells. Ziel dieser Arbeit war es, ein virtuelles Modell aufzubauen, das aus dem Menschmodell alaska/Dynamicus und einer Tragstruktur besteht, die die Bewegungen des Ellenbogengelenkes unterstützt. Im Fokus der Modellbildung stand der Ankopplungsmechanismus, der hier durch drei viskoelastische Lagerungen in Form von Feder-Dämpfer-Elementen, sogenannte Bushing-Elemente, realisiert wurde. Durch die Wahl geeigneter richtungsabhängiger Steifigkeiten und Dämpfungen an den Kontaktstellen war ein realitätsnahes Verhalten abzubilden. Für die Wahl einer optimalen Kombination dieser wurde empirisch vorgegangen (Simulation Opt). Während einer Flexion um 90&ring; und einer anschließenden Extension des Armes wurde die Parameterwahl anhand der Relativbewegungen, die zwischen Tragstruktur und Arm entstehen, bewertet. Ein Vergleich mit Werten aus der Literatur (Simulation S und Simulation L) gibt Aufschluss darüber, wie gut Simulation Opt die Realität abbildet. Die Steifigkeiten in Simulation Opt sind etwa 32-mal so groß wie in Simulation S und etwa sechsmal so groß wie die in Simulation L. Der Dämpfungsgrad in Simulation L ist 150-mal so groß wie der in Simulation Opt und Simulation S. Der Vergleich der drei Simulationen zeigt, dass die Relativbewegungen insgesamt klein sind und einen ähnlichen Kurvenverlauf aufzeigen. Während der Armbewegung ist eine Verschiebung der Tragstruktur in negative 3-Richtung entlang des Armes zu erkennen (Simulation Opt: 0,08 mm; Simulation L: 0,50 mm; Simulation S: 2,70 mm). Die Kräfte, die an den Bushing-Elementen zwischen der Tragstruktur und dem Arm wirken, sind bei allen drei Simulationen ähnlich groß und betragen maximal 3,30 N. Insgesamt wird deutlich, dass der Einfluss der getesteten Steifigkeiten und Dämpfungen auf die Relativbewegungen gering und auf die Kontaktkräfte vernachlässigbar ist.

Odenkirchen, Till;
Robotic manipulator inspired by human fingers based on tendon-driven soft grasping. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die menschliche Hand ist in der Lage, verschiedene Greif- und Manipulationsaufgaben auszuführen und kann als einer der geschicktesten und vielseitigsten Effektoren angesehen werden. In dieser Arbeit wurde ein Soft Robotic Greifer entwickelt, der auf den Erkenntnissen aus der Literatur zur Taxonomie der menschlichen Greifähigkeiten und den biomechanischen Synergien der menschlichen Hand basiert. Im Bereich der Roboterhände sind sehnengetriebene, unteraktuierte Strukturen weit verbreitet. Inspiriert von der Morphologie der menschlichen Hand, bieten sie durch ihre Flexibilität passive Adaptivität und Robustheit. Es wurde ein Sensorsystem, bestehend aus Force Sensing Resistors (FSRs), Biegungssensoren und einem Stromsensor, implementiert, wo durch das System charakterisiert werden kann. Die Kraftsensoren wurden in die Fingerkuppen integriert. In Anlehnung an die menschliche Haut wurden Abgüsse aus Silikonkautschuk an den Fingerballen verwendet. Diese versprechen eine erhöhte Reibung und bessere Adaptivität zum gegriffenen Objekt. Um den entwickelten Greifer zu evaluieren, wurden erste Tests durchgeführt. Zunächst wurde die Funktionalität der Sensoren, wie z.B. der als FSRs ausgewählten Kraftsensoren, getestet. Im weiteren Verlauf wurden die Greiffähigkeiten des Greifers durch Manipulation verschiedener Objekte getestet. Basierend auf den Erkenntnissen aus den praktischen Versuchen kann festgestellt werden, dass der entwickelte Greifer ein hohes Maß an Geschicklichkeit aufweist. Auch die Adaptivität ist dank der verwendeten mechanischen Komponenten gewährleistet. Mittels der Sensorik ist es möglich den Greifprozess zu kontrollieren. Die Ergebnisse zeigten aber auch, dass z.B. die interne Systemreibung die Verlustleistung des Systems stark beeinflusst.

Klamandt, Samuel;
Entwicklung eines praxistauglichen Low-Power Sensorsystems zur nicht-invasiven Messung der Zuwachsrate von Baumstämmen. - Ilmenau. - 158 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Bäume stehen in permanenter Wechselwirkung zu ihrer Umgebung. So beeinflussen unter anderem Sonnenstunden, Niederschlag, Temperatur, Schnee, Schadstoffvorkommen, Nährstoffangebot die Zuwachsrate. Zur Analyse etwaiger Wechselwirkungen und ungeklärter Fragestellungen in diesem Zusammenhang muss zuverlässig der Umfang eines Baumes bzw. mehrerer Bäume vermessen und dokumentiert werden. Vor allem der Einsatz elektronischer Messsysteme (Dendrometer) hilft dabei verlässlich über einen längeren Zeitraum relevante Parameter zu ermitteln. Ziel der nachfolgenden Arbeit ist die Entwicklung und Bereitstellung eines Low-Power Sensorsystems zur Messung und Aufzeichnung des Umfangs unter Laborbedingungen. Die bereits existierenden Dendrometer am Fachgebiet werden analysiert und in Bezug auf die in dieser Arbeit gesetzten Zielstellungen und Anforderungen auf Schwachstellen untersucht. Dabei zeigt sich, dass vor allem der Energieverbrauch und die Ermöglichung einer LoRa-Kommunikation die größte Herausforderung für den Designprozess ist. Im Fokus der Entwicklung stehen, neben der Energieproblematik und der Vorbereitung einer drahtlosen Kommunikation mittels LoRa, geringe Fertigungskosten und der Schutz gegen die üblichen Witterungsbedingungen in Deutschland. Die Arbeit umfasst ein an die Forderungen angepasstes Hard- und Softwarekonzept und deren Umsetzung, sowie die Konstruktion eines Schutzgehäuses und spezieller Halterungen. Des Weiteren werden die Möglichkeiten und die Realisierung eines topologisch unbekannten Netzwerkes mittels LoRa aufgezeigt und erklärt. Abschließend werden Messungen bezüglich des zu erwartenden Energieverbrauches durchgeführt, ausgewertet und Möglichkeiten der Weiterentwicklung aufgezeigt.

Dong, Chunshan;
Drehmomentanalyse eines biologisch inspirierten Roboterarms. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Das Hauptziel dieser Masterarbeit ist es, zu erforschen, wie die Bewegung eines Roboterarms beeinflusst wird, wenn die Steifigkeit des Aktorsystems verändert wird. Dazu wurden Komponenten der bereits im Projektseminar entwickelten Aktorstruktur verwendet. Schließlich wurde ein komplettes Modell des Roboterarms entworfen, um ihn gleichmäßig und flüssig zu bewegen. Bei der Programmierung des Roboterarms wurde eine PID-Regelung verwendet, um die Bewegung des Arms zu optimieren und die Reaktionszeit zu verringern. Der Roboterarm kann einfache Manipulationsaktionen durchführen. Am Ende der Forschung wird der Roboterarm unter verschiedenen Bedingungen getestet und überprüft. Zum Abschluss der Analyse wurden die experimentellen Daten und Auswertungen einbezogen.

Shanbhag, Julian;
Bestimmung der Kinematik der Oberextremitäten bei Montagearbeiten. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Auftretende Beanspruchungen durch körperliche Belastung beurteilen, oder auch Assistenzsysteme zur Verringerung von Belastungen auslegen zu können, setzt eine genaue Kenntnis der Kinematik des menschlichen Bewegungsapparates voraus. Um die Kinematik der Oberextremität bei Bewegungsabläufen zu untersuchen, die an Montagearbeiten angelehnt waren, wurde am Universitätsklinikum Jena eine Probandenstudie durchgeführt. Hierbei wurde ein infrarotmarkerbasiertes Kamerasystem der Firma Qualisys zur Bewegungsanalyse genutzt. Im Rahmen dieser Arbeit wird zu Beginn der aktuelle Stand der Wissenschaft zur Kinematikanalyse der Oberextremität mittels optischer markerbasierter Messsysteme und Inertialmesssysteme betrachtet. Anschließend wird ein Modell entwickelt, das die Kinematik der Bewegungen der durchgeführten Probandenstudie analysiert. Hierfür wird ein Modell erstellt, das die dreidimensionalen Gelenkwinkel anhand von Kardanwinkeln bestimmt. Untersucht werden Bewegungen im Schulter-, Ellenbogen- und Handgelenk. Außerdem werden Kennwerte der kinematischen Daten wie Minima, Maxima und Bewegungsumfänge ausgegeben. Desweiteren wird ein Messsetup entwickelt, das Inertialsensoren (dreiachsige Gyroskope und Accelerometer) nutzt, um die Kinematik der Oberextremität unter Nicht-Laborbedingungen erfassen zu können. Aus Sensoren an Thorax, Ober- und Unterarm bestimmt das Modell mittels Kalman-Filter und Kardanwinkeln kinematische Daten wie Gelenkwinkel, Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen. Eine statistische Auswertung einer exemplarischen Auswahl an Probanden der Studie des Universitätsklinikums Jena zeigt, dass die minimalen und maximalen aufgetretenen Gelenkwinkel den Werten aus der Literatur zu Bewegungsumfängen entsprechen und gleichzeitig nicht alle theoretisch möglichen Freiheiten der Gelenke ausgenutzt werden. Anhand zusätzlicher, an der Technischen Universität Ilmenau durchgeführter Messungen, in denen das optische Messsystem und die Inertialsensoren parallel verwendet wurden, können die Ergebnisse, die beide Berechnungsmodelle liefern, miteinander verglichen werden. Es kann gezeigt werden, dass die Modelle keine identischen, aber ähnliche Ergebnisse liefern und die durchgeführten Bewegungen klar erkannt werden können. Vor allem im Bereich des Ellenbogengelenks kann eine gute Übereinstimmung erreicht werden. Bei der Interpretation dieser Ergebnisse muss berücksichtigt werden, dass die Genauigkeit der Daten beider Messsysteme durch Hautverschiebungen und Weichteilbewegungen beeinflusst werden und somit fehlerbehaftet sind.

Yang, Di;
Entwurf und Realisierung einer ergonomischen Tragstruktur und Kinematik für ein Ellenbogen-Exoskelett. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Das Entwerfen einer ergonomischen Ellenbogen-Exoskelett-Tragstruktur ist die Hauptaufgabe dieser Arbeit. Dazu werden die Kinematik und Parameter des menschlichen Ellenbogens und Unterarm erläutert, wie der Bewegungsbereich des Ellenbogens, die Bewegungsfreiheit und das Antriebsmoment. Die Druckfestigkeit des menschlichen Arms und die Bewegungsgeschwindigkeit des menschlichen Unterarms sind ebenfalls wichtige Parameter bei der Konstruktion. Das Exoskelett muss die Anforderungen eines bestimmten Gewichts und Bewegungsbereichs erfüllen, um sich an unterschiedliche Benutzer anzupassen. Durch Recherche an den vorhandenen Exoskeletten werden die bisherigen Mängel von Technologie, Materialien und Design vermieden, um ergonomischere Produkte zu entwerfen. Damit die Geräte weit verbreitet eingesetzt werden können, ist es notwendig, dass ihre Herstellungskosten reduziert werden. Das passende Prinzip wird ausgewählt, welches die Anforderungen am besten erfüllt. Dann wird eine ergonomische Tragstruktur für ein Ellenbogen-Exoskelett hergestellt. Weitere Tests und Experimente werden am Messgerät durchgeführt.

Goos, Moritz;
Entwurf und Realisierung der elektronischen Steuerung eines Wheg-Roboters. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Der T-Whex ist Prototyp eines Roboters, bei dem anstelle von Rädern jeweils zwei parallele Whegs, sogenannte Doppelwhegs, zum Einsatz kommen. Das Wort "Wheg" setzt sich hierbei aus den beiden englischen Begriffen "wheel" (Rad), und "leg" (Bein), zusammen. Diese Doppelwhegs ermöglichen eine Variation der Speichenzahl und sollen bei einer rasterförmigen Kartografierung von Umweltbelastungen in den ehemaligen Balkanstaaten zu dem notwendigen Kompromiss aus Geländegängigkeit und Energieeffizienz führen. Eine aktive Gelenkverbindung zwischen den beiden Achsen sorgt dabei für eine nochmals verbesserte Wendigkeit. Das komplexe Antriebskonzept stellt allerdings hohe Ansprüche an die Steuerungselektronik des Roboters. Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst die Anforderungen an eine solche Elektronik analysiert. Auf den Entwurf und Vergleich verschiedener Lösungsansätze folgt eine Konkretisierung und Umsetzung des bestgeeigneten Konzepts. Neben dem Entwurf der Software steht auch der Reglerentwurf für Gelenkverbindung und Doppelwhegs im Vordergrund. Mittels PID-Kaskadenregelungen gelingt es, eine präzise Regelung umzusetzen. Ziel der Arbeit ist nicht nur eine funktionierende Steuerungselektronik, sondern auch die Beseitigung aller konstruktiven Mängel des T-Whex, sodass dieser in Zukunft als Demonstrator des Doppelwheg-Prinzips und als Grundlage für weitere Arbeiten dienen kann.

Tran, Hai Ly;
Entwicklung und Test neuartiger Gehörschutzsysteme auf Basis klassifizierter Gehörgangsdaten. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Ohr ist eines der wichtigsten und durch die steigende Technisierung sowohl im privaten als auch im Arbeitsumfeld am stärksten belasteten Sinnesorgane des Menschen. Die Lärmprävention gewinnt daher im Alltag, in Arbeitsstätten, Industrie und Wissenschaft immer mehr an Bedeutung, um Schwerhörigkeit zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht darin Gehörschutzsysteme zu nutzen. Da bisher bestehende Systeme Mängel aufweisen, wäre es lohnenswert neuartige Gehörschutzsysteme zu entwickeln, die weitestgehend universell einsetzbar sein sollen. Um das umsetzen zu können, müssen Gehörgangsgeometrien besser verstanden werden und überprüft werden, ob der Versuchsstand, bestehend aus Messmikrofon, Lautsprecher und Ohrmodellhalterung, am Fachgebiet der Biomechatronik an der Technischen Universität Ilmenau zur Schalldruckmessung zur Testung von Gehörschutzsysteme geeignet ist. Diese Ziele waren Kernpunkte der Arbeit und sollen eine Basis schaffen, um im weiteren Schritt die Entwicklung eines neuartigen Gehörschutzsystems zu ermöglichen. Zur Klassifizierung der Gehörgangsgeometrie wurden 50 Ohrmodelle mit Hilfe des von Giese, 2013 geschriebenen Programms genauer betrachtet, mit den Ergebnissen einer manuellen Erkennung verglichen und eine Methode zur Klassifizierung, die Clusteranalyse, vorgestellt. Die gewonnenen Informationen aus der manuellen Erkennung und des Programms zeigten keine große Übereinstimmung hinsichtlich der Knickbestimmung. Größere Datenmengen wären hilfreich für die Überprüfung der bisherigen Ergebnisse. Mit dem an der Technischen Universität Ilmenau vorhandenen Versuchsstandes erfolgten Schalldruckpegelmessungen mit verschiedenen Gehörschutzsystemen an einem Modell des Außenohres aus Kunstharz (Polylactid), um deren Wirksamkeit zu überprüfen und zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, das Otoplastiken die Pegel am geringsten mindern, somit dem Anwender aber die Wahrnehmung vieler Frequenzbereiche ermöglichen. Da das verwendete Messmikrofon (micW i436) für Apple-Produkte ausgelegt ist, können die Ergebnisse nicht mit denen der Arbeit von Finke, 2016 verglichen werden und es wäre von Vorteil ein alternatives Messmikrofon für Windows- oder andere Produkte mit linearem Frequenzgang in Betracht zu ziehen. Eine Teilaufgabe der Arbeit, war es die Patentrecherche von Hariri, 2018 auszuwerten und zu systematisieren, um einen Überblick vom Stand der Technik im Bereich Gehörschutzsysteme zu erhalten. Hierfür wurde die Datenbank eingesehen und erweitert, um relevante Patente effektiv herausfiltern zu können. Die Erweiterung bestand unter anderem daraus, dass Eigenschaften der Patente wie aktiver/ passiver Gehörschutz, Innen- und Außenohrsysteme bestimmt wurden und nachgetragen wurden.

Liu, Wentao;
Montage und Test eines Schlagflügelprüfstandes. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Diese Masterarbeit behandelt die methodische Entwicklung und Konstruktion eines Prüfstands für Schlagflügelroboter. Mit dem Prüfstand soll der Schlagflügelroboter verschiedene Flugbahnen realisieren können. Gleichzeitig wird die Position des Schlagflügelroboters im Flug von den Sensoren auf dem Prüfstand bestimmt. Der Prüfstand soll mit der FDM-Technik gefertigt werden und die grundlegenden Festigkeitsanforderungen aufrechterhalten. Durch eine optimierte Auslegung des Prüfstands wird der Schlagflügelroboter während des Fluges einem möglichst geringen Widerstand ausgesetzt, wodurch genauere Positionsdaten gemessen werden können.

Poser, Bastian;
Auslegung und konstruktive Gestaltung eines Wheg-Antriebes mit Alternationsausgleich. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Exploration unwegsamen Geländes gestaltet sich in der Technik sehr schwierig, in der Natur jedoch sehr einfach. Das Prinzip des Schreitens hat sich evolutionär gegenüber allen anderen Fortbewegungszuständen an Land durchgesetzt, findet allerdings in der heutigen Zivilisation technisch kaum eine Anwendung. Natürlich liegt es nahe, die schreitende Fortbewegung im unwegsamen Gelände aus der Natur für Maschinen aller Art zu übernehmen. Da das menschenähnliche Schreiten einen hohen technischen Aufwand verlangt, wird dies mit der rotatorischen Bewegung kombiniert. Der entstandene Hybrid aus Bein und Rad, auch Wheg genannt, ermöglicht in einfacher Umsetzung erstaunliche Klettereigenschaften, die allerdings durch ein permanentes Auf- und Ab der Maschine erkauft werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung, Auslegung und praktischen Umsetzung des in Abbildung 2.1 dargestellten technischen Prinzipes in Form eines Roboterprototypen. Ziel ist es, den Höhenunterschied während der Fahrt auszugleichen und somit eine harmonische Fortbewegung zu realisieren. Dazu wird das gegebene Prinzip analysiert, simuliert und nötige Anforderungen an das System abgeleitet. Anschließend werden Untersuchungen zum bevorzugten Fertigungsverfahren, der generativen Fertigung, durchgeführt, um verlässliche Materialwerte zur Auslegung zu erhalten. Daraufhin wird ein System konzeptioniert, dass angefangen durch eine technische Gesamtfunktion, über einen grafischen Forderungsplan, bis hin zu einem finalen Konzept konkretisiert wird. Dem schließt sich, nach der Auswahl benötigter Bauteile, eine konstruktive Umsetzung an. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einem funktionsfähigen Roboterprototypen.

Kalaji, Mohamad Kinan;
Auslegung eines PID-Reglers zum Steuern eines Schlagflügel-Roboters. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Auslegung eines PID-Reglers zur Steuerung eines Schlagflügel-Roboters. Es wird ein Schlagflügel-Roboter mittels PID-Regler gesteuert und die signifikanten PID-Parameter Kp, Ki, Kd werden anhand von drei Methoden (dynamische Methode, Ziegler Nichols Methode und experimentelle Methode) ermittelt und dokumentiert. Das Design eines Prototypenprüfstandes wird vorgestellt, der einen Schlagflügelmechanismus verwendet. Somit kann die Steuerstrategie getestet werden, um die Auftriebskraft zu erreichen, die die Bewegung in einer bestimmten Flugposition steuert, die von einem Ultraschallsensor gemessen wird. Es wurde ein Messplatz aufgebaut, wobei ein Arduino Nano des Schlagflügel-Roboters genutzt und mit einem Ultraschallsensor gemessen wurde. Zunächst erfolgten Messungen unter Verwendung der o.g. Methoden. Bei zwei Methoden konnte ein mehr oder weniger ähnliches Ergebnis beobachtet werden, während bei der dynamischen Methode der langsamste Parameter zu verzeichnen war. Um einen Vergleich der verschiedenen Methoden und deren Ergebnisse ermöglichen zu können, wurden die Höhe in Prozent (Amplitude) berechnet und eine Visualisierung in Diagrammen erarbeitet. Hier zeigte die experimentelle Methode das beste Ergebnis. Aufgrund der Ungenauigkeit des Ultraschallsensors können nur bedingt vergleichbare Ergebnisse erzielt werden.

Yu, Yue;
Reduzieren der Masse eines mittels Teleskopspeichen nachgiebig gestalteten Doppel-Whegs unter Nutzung der FDM-Technologie. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Verringerung der Masse der Endeffektoren eines mobilen, hindernistauglichen und robusten Roboters bei gleichzeitiger Beibehaltung der Funktion mittels intensiver Nutzung der FDM-3D-Drucktechnologie. Es handelt sich dabei um sog. Doppelwhegs mit in der Steifigkeit einstellbaren Teleskopspeichen zur Dämpfung der durch die bauartbedingte Alternation hervorgerufenen Stöße. Der Bezugszustand ist die Bachelor-Arbeit von Herrn Dennis Kowollik, angefertigt 2016 im Fachgebiet Biomechatronik der Fakultät Maschinenbau der Technischen Universität Ilmenau. Nach Analyse des Masseeinsparpotentials der bestehenden Konstruktion, welches als gering ermittelt wurde und im Hinblick auf die möglichst einfache Variierbarkeit der Spoke-Steifigkeit werden drei neue Konzepte auf Grundlage anderer Prinzipien zur Umsetzung vorgeschlagen und auf ihre Eignung in Gegenüberstellung mit den funktionalen Anforderungen und den Besonderheiten des FDM-3D-Druckes geprüft. Anschließend wird die an der besten geeigneten Variante konstruiert und zur Veranschaulichung gefertigt.

Frey, Domenic;
Untersuchung des Einflusses der Nachgiebigkeit des Außenohres auf die Schallleitung. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das Ohr ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Trotzdem gibt es wenig Untersuchungen darüber, ob die Nachgiebigkeit des Außenohres einen Einfluss auf die Schallübertragung ausübt. Dieser Einfluss soll in der Arbeit untersucht werden. Dazu wurden Ohrmodelle mit einem unterschiedlichen E-Modul mit Hilfe eines 3D-Druckers gefertigt. Die Regulation des E-Moduls findet dabei über die Variierung des sogenannten Infills statt. Zum Einsatz kam dort ein nachgiebiges Material namens NinjaFlex. Daraus wurden Ohrmodelle mit einem Infill von 10 %, 15 %, 25 %, 50 %, 75 % und 100 % mit einem leicht gekrümmten Gehörgang und Ohrmodelle mit einem Infill von 15 %, 50 % und 100 % mit einem stark gekrümmten Ohrmodell gedruckt. Die fertigen Ohrmodelle wurden dann in einem Versuchstand über einen Lautsprecher mit einem Testsignal (20 Hz bis 20 kHZ) beaufschlagt. Ein Mikrofon simulierte dabei das Trommelfell und lieferte die Messdaten. Es zeigte sich, dass im Frequenzbereich von 3000 Hz bis 5000 Hz, dem Hauptsprachbereich des Menschen, die größten Unterschiede in der Schallübertagung festgestellt werden können. So ist die maximal gemessene Amplitude bei einem Modell mit 15 % Infill nur beinahe halb so groß wie bei einem Referenzmodell aus einem unnachgiebigen Material. Es ergab sich aber auch, dass die Methode, die Nachgiebigkeit über das Infill zu regulieren zu nicht erwarteten Ergebnissen führen kann und unter Umständen ungeeignet ist. So lagen die Messwerte für ein Ohrmodell mit einem Infill von 50 % nicht wie erwartet zwischen den Werten für die Ohrmodelle mit einem Infill von 25 % und 75 %, sondern bei dem Ohrmodell mit einem Infill von 15 %.

Wüstehoff, Stefanie;
Untersuchung von schwingungsfähigen Membranen nach dem Vorbild der menschlichen Membrana Tympani. - Ilmenau. - 132 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Das menschliche Trommelfell (Membrana tympani) stellt die Schnittstelle zwischen dem eingehenden Schall und den Gehörknöchelchen (Ossicula auditoria) im Mittelohr dar und spielt infolgedessen eine fundamentale Rolle bei der Schallübertragung auf die Hörschnecke (Cochlea). Die Trommelfellmembran besteht zum einen aus der stark vorgespannten Pars tensa, welche differenzierbare Kollagenfaseranteile unterschiedlicher Ausrichtungen beinhaltet zum anderen aus einem spannungslosen Bereich, der Pars flaccida. Bis heute gibt es eine große Anzahl an Publikationen, welche sich mit dem Schwingungs- und Übertragungsverhalten der Membrana tympani mittels einer FE-Simulation auseinandergesetzt haben. Dabei wurde einerseits die Faserstruktur vorrangig vernachlässigt und andererseits das vollständige Mittelohrsystem modelliert. Darüber hinaus existieren keine konkreten Informationen über die verhältnismäßige Zusammenstellung der verschiedenen Kollagenfaserarten auf der Trommelfellmembran. Ziel dieser Masterthesis war die grundlegende Analyse des Schwingungsverhaltens durch die vorherrschende Faserstrukturierung auf der Trommelfellmembran sowie weiterer Einflussfaktoren mittels der Finite-Elemente-Analyse. Es konnte ein starker Einflusscharakter der Kollagenfasern bereits nach der Implementierung einer einzelnen Modellfaser nachgewiesen werden. Darüber hinaus zeigte sich, dass eine Erhöhung der Faseranzahl ebenfalls die Eigenfrequenzen erhöht, wobei insbesondere die radialen Faseranteile dies implizierten. Die radialen und zirkulären Modellfasern wiesen zudem ein gegensinniges Verhaltensmuster auf. Weitere Einflussfaktoren stellen die Dichte der Trommelfellmembran sowie deren Gestalt dar. Die äußere Formgebung wurde untersucht indem sowohl das idealisierte kreisförmige Modell mit einem elliptischen verglichen wurde als auch über einen mehrschichtigen Modellansatz.

Meyer, Tristan;
Untersuchung der Einsatzmöglichkeit einer EMG-Datenbasierten Gestensteuerung für verschiedene Aufgabenkontexte. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Für diese Arbeit wurde das Myo der Firma Thalmic Labs genutzt. Ziel war es, zu untersuchen in wie weit das Myo für verschiedene Aufgabenkontexte geeignet ist. Dies sollte durch eine Hardwareplattform bewiesen werden. Zuerst wurde herausgearbeitet, welche Daten das Myo zur Verfügung stellt. Außerdem in welcher Form die Daten zur Verfügung stehen. Anschließend wurden die Grundlagen der verschiedenen Sensortypen und die Eigenschaften der Unterarmmuskulatur erörtert. Im Anschluss daran, wurde einerseits die Qualität der Daten, die das Myo per Bluetooth überträgt geprüft. Hierzu wurden die Daten über einen Zeitraum von einer Stunde aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Es wurde festgestellt, dass die Qualität für die meisten Einsatzzwecke absolut ausreichend ist. Weiterhin sind andererseits die Werte der neuen Gesten aufgenommen worden. Nachdem auch hier die Daten ausgewertet wurden, sind daraus die Schwellen für die Erkennung festgelegt worden. Danach wurden diverse Möglichkeiten zur Visualisierung für die späteren Probandentests vorgestellt. Hierbei wurde besonders auf eine ergonomische Gestaltung und einen niedrigen mentalen Workload geachtet. Mit Hilfe einer Entscheidungsmatrix ist dann die beste Lösung ausgewählt worden. Nachdem die Windows Forms Applikation programmiert worden ist, wurde mit den Probandentests begonnen. Da die Gesten alle einwandfrei erkannt wurden, sind somit auch die festgelegten Schwellen bestätigt worden. Außerdem konnte so nachgewiesen werden, dass die Vorgehensweise während dieser Arbeit, das Erreichen des Ziels ermöglicht.

Eichelberg, Katja;
Konzeption eines Moduls zur Nachbildung der Lagerreaktionen bei der Explantation von Hüftgelenkendoprothesen. - Ilmenau. - 124 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Hintergrund: Höhere Lebenserwartungen, sowie frühere Erstversorgungen mit Hüftimplantaten führen zu einem Anstieg der Implantationen von Hüftendoprothesen. Hiermit verbunden ist jedoch auch eine steigende, totale Anzahl der notwendigen Explantationen bei auftretenden Problematiken. Die Effizienz und der Grad der Schonung bei der Entfernung einer Prothese ist hierbei weitestgehend von der Erfahrung des Operateurs abhängig. Mit Hilfe des zu entwickelnden Moduls soll es operierenden Ärzten ermöglicht werden, verschiedene Techniken zu simulieren und Erfahrungen zur Explantation am Modell zu sammeln. Hierbei stehen nicht nur ein knochenschonender Vorgang, sondern auch eine Verkürzung der Operationszeit im Fokus. Methode: Grundlage der vorliegenden Arbeit ist ein vom Fachgebiet Biomechatronik (TU Ilmenau) entwickelter Messaufbau zur ex vivo Aufnahme der auftretenden Belastungen während einer Explantation. Für die Entwicklung eines Moduls zur Nachbildung der Explantation, wird aus drei Konzepten eines ausgewählt und ausführlich konkretisiert. Anhand von rheologischen Elementen soll die Explantation eines Hüftprothesenschaftes unter verschiedenen Ausgangssituationen nachgestellt werden können. Ergebnisse: Das ausgewählte Konzept stellt eine bestmögliche Darstellung einer zu explantierenden Hüftendoprothese dar. Hierbei wird der Fokus vor allem auf die verschiedenen Verankerungen der Prothese im Femur gelegt. Durch die Einbeziehung umliegender elastischen Strukturen, wie der bestehenden unteren Extremität und des Muskel-Sehnen-Komplexes, ist es möglich eine natürliche und reale Operationssituation zu erzielen. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass für eine genaue Kalibrierung des umzusetzenden Moduls weitere Testmessungen durchgeführt werden müssen. Fazit: Nachbildungen zur Durchführung einer Explantation ermöglichen es dem Anwender, ein genaues Gefühl zur Festigkeit und der Stabilität einer Hüftendoprothese im Knochen zu bekommen. Durch eine zusätzliche Aufnahme der auftretenden Belastungen mittels Kraftmessplatte und der hieraus detektierten Schlagtechniken, werden effiziente Operationsdurchführungen ermöglicht. Innerhalb der Modellentwicklung ist jedoch zu berücksichtigen, dass es sich hierbei um eine vereinfachte Abbildung handelt. Eine genaue Replikation der Originalsituation würde zu einem sehr komplexen Modell führen, welches durch eine Vielzahl an Variablen zu einer erhöhten Ungenauigkeit führt.

Kerbl, Julia;
Geometrische Einflussfaktoren auf die Standfestigkeit der Paarung Femur - Gelenkschaft einer Hüftgelenkendoprothese. - Ilmenau. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die Anzahl der Hüftprothesenoperationen nimmt stetig zu. Bedingt durch die demographische Entwicklung und häufig auftretende periprothetische Komplikationen nimmt die Notwendigkeit von Revisionsoperationen ebenfalls zu. Ein Forschungszweig des Fachgebiets Biomechatronik beschäftigt sich mit der Frage, ob sich geometrische Faktoren identifizieren lassen, die mit Blick auf die Vorgänge der Osseointegration zur Verlängerung der Standzeit beitragen können ohne die Revision zusätzlich zu erschweren. Die Prothesenauswahl wird unteranderem beeinflusst von der Prothesenabmessung und -form, welche wiederum von den Herstellern vorgegeben werden. Deshalb besteht die Vermutung, geometrische Optimierungspotenziale aufdecken zu können. Ziel dieser Masterarbeit ist es geometrisch optimierte Femur - Gelenkschaft Kombinationen zu ermitteln, die eine hohe Standfestigkeit erreichen können. Dies geschieht mit Hilfe von Expertenbefragungen und relevanter Literatur. Außerdem soll ein Hüftprothesenkatalog entstehen, der nach dem geometrischen Erscheinungsbild der Schäfte strukturiert wird. So kann die geometrische Vielfalt der angebotenen Schäfte aufgezeigt werden.

Peng, Yajun;
Entwurf und Analyse von Flügeln in einem Schlagflügelmechanismus. - Ilmenau. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Thema der Arbeit lautet: Entwurf und Analyse von Flügeln in einem Schlagflügelmechanismus. Die Zielsetzung für dieses Thema ist es, die richtigen Flügel und die richtige Auftriebskraft zu finden. Zuerst werden die Parameter untersucht, die das Fliegen beeinflussen. Die wichtigen Parameter sowie die Flügelflächen und Spannweiten werden analysiert. Die Flügelform ist durch die Struktur von Insekten und Vögeln bestimmt. Mit der Skalierungsanalyse werden die passende Flügelfläche und Spannweite ausgewählt. Dann werden die erforderlichen Teile so wie die Kupplung entworfen und gefertigt, um den Test vorzubereiten. Das Experiment wird nach spezifischen Parametern entworfen. Die optimalen Daten werden aus verschiedenen experimentellen Gruppen ermittelt. Auf Grund dieser Daten wird das gesuchte Modell erhalten. Dann wird die praktische Auftriebskraft des Modells durch ein bestehendes Messsystem getestet. Die Beziehung zwischen der Auftriebskraft des Modells und der Stromspannung wird ebenfalls durch die Testdaten erhalten. Auch die praktische Auftriebskraft des Flugroboters wird anhand von Testdaten ermittelt. Die theoretische Auftriebskraft des Flugroboters wird anhand der Parameter des Flugroboters abgeleitet. Weiter werden die praktische Auftriebskraft und die theoretische Auftriebskraft verglichen und analysiert. Durch den Vergleich zeigt es sich, wie viel Abweichung es gibt. Am Ende werden die Werte und die Optimierung des Schlagflügels sowie des gesamten Systems bewertet.

Ott, Fabian;
Phänotypische Zell-Charakterisierung auf Polyethylenglycol-Hydrogelen mit E-Modul-Gradient. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Das Ziel dieser Arbeit war, die phänotypische Zell-Charakterisierung auf Polyethylenglycol Hydrogelen (PEG) mit E Modul Gradient. Dazu wurden PEG-Grund-Gele aus langkettigem PEG6000-Diacrylat (PEG-DA) mittels Ein Photonen Polymerisation (1PP) vernetzt. Nachfolgend wurden diese PEG-Grund-Gele mit kurzkettigem PEG550 Dimethacrylat (PEG DMA) infiltriert. Mittels 1PP und Zwei Photonen Polymerisation (2PP) wurden E Modul Gradienten generiert. Die biomechanische Charakterisierung erfolgte mittels kolloidaler Kraftspektroskopie. Um die Zelladhäsion auf den bioinerten PEG-Hydrogelen zu ermöglichen, wurde eine Biofunktionalisierung der Oberfläche mit Kollagen Typ I durchgeführt. Auf den PEG Hydrogelen wurden L929 Fibroblasten und MC3T3 E1 Osteoblasten kultiviert. Die Zellkerne, Aktinfilamente und Mikrotubuli wurden mittels Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Mit einem konfokalen Laserscanningmikroskop wurden Aufnahmen dieser Zellkompartimente erstellt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die L929 Fibroblasten auf elastischen Substraten (8 kPa) zur Bildung von Sphäroiden neigen. Auf großflächigen 1PP Gradienten Gelen mit verminderter Elastizität (480 kPa) präsentierten sich die Fibroblasten als geschlossener adhärenter Zellverband. Die kleinflächigen 2PP-Gradienten-Matrizes wurden bis zu einem E Modul von 222 kPa abgekapselt, ab 391 kPa wurde Zellwachstum beobachtet. Die MC3T3 E1 Osteoblasten wuchsen bevorzugt auf den 1PP- und 2PP Gradienten mit verminderter Elastizität. Je höher der E-Modul, desto flächiger adhärierten die Osteoblasten. Auf den elastischen Substraten (8 kPa) adhärierten nur vereinzelt Osteoblasten. Die Ergebnisse haben die Abhängigkeit des Phänotyps von der Substratsteifigkeit bewiesen.

Bredenstein, Simon;
Entwurf und Erprobung einer Schnittstelle zur Informationsvermittlung durch Vibrationen. - Ilmenau. - 131 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die Nutzung der taktilen Wahrnehmung zur gezielten Vermittlung von Informationen über die Hautoberfläche hat sich über Jahren hinweg etabliert und beständig verbessert. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Realisierung einer taktilen Schnittstelle zur Vermittlung von Informationen anhand von ortsbeweglichen Vibrationen. Basierend auf einem erstellten Konzept, wurde die Möglichkeit der Nutzung des Unterarmes als Einsatzort für eine taktile Schnittstelle ebenso untersucht, wie der Einfluss verschiedener Vibrationsmotoren auf die Wahrnehmung der erzeugten Reize. Ortsbewegliche Vibrationen zeichnen sich durch eine Bewegungsrichtung der Reize aus, die zur Informationsvermittlung genutzt werden kann. Das Ziel dieser Arbeit besteht daher in der Untersuchung, wie gut verschiedene Bewegungsrichtungen der Vibrationen detektiert werden können. Hierzu wurden drei unterschiedliche Varianten der ortsbeweglichen Vibrationen verglichen. Die Untersuchungen zeigen, dass sich der Bereich zwischen der Unterarmmitte und dem Ellenbogengelenk für den Einsatz einer vibrotaktilen Schnittstelle eignet. Die gute Erkennbarkeit der Bewegungsrichtung einer ortsbeweglichen Vibration weist ihre Nutzbarkeit zur Informationsvermittlung nach. Trotz der guten Detektionsrate zeigen sich bei der Umsetzung der Vibrationsreize, sowie beim Design der Schnittstelle noch weitere Optimierungsmöglichkeiten.

Preißner, Annabelle;
Entwurf und Erprobung eines Konzepts zur Steuerung von Fahrplattformen mittels Freiraumgesten. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Die Steuerung unterschiedlicher Geräte anhand von Touch-Gesten hat sich im Alltag etabliert. In verschiedenen Situationen kann es jedoch hilfreich sein, das zu steuernde Gerät nicht berühren zu müssen. Eine solche Art der Steuerung lässt sich anhand von Freiraumgesten ermöglichen. Zwar gibt es kamerabasierte Systeme, bei denen Freiraumgesten zur Steuerung eingesetzt werden, jedoch ist hierbei der Interaktionsraum für den Nutzer stark eingeschränkt. Um die Möglichkeiten einer Freiraumgestensteuerung zu analysieren, wurde in dieser Arbeit eine Steuerung anhand eines myoelektrischen Eingabegerätes, des Myo-Armbands, entwickelt. Das anhand von Freiraumgesten gesteuerte Gerät ist eine auf einem Arduino-Mikrocontroller basierende Fahrplattform. Anhand von Funktions- sowie Anwendungstests mit Probanden konnte die Steuerung nutzerorientiert entwickelt werden. Zudem war eine Evaluation der Funktionen des Armbandes sowie der verwendeten Gesten möglich. Die Ergebnisse der Tests belegen die Funktionalität der Steuerung und des Armbandes und liefern wichtige Aspekte für zukünftige Forschungsarbeiten in diesem Themengebiet.

Kneip, Theresa;
Alternative Verankerungsmöglichkeiten für Hüftgelenkendoprothesen. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Immer mehr Menschen benötigen heute im Laufe ihres Lebens einen künstlichen Gelenkersatz. Da diese zurzeit meist auf Grund von Lockerungen der Endoprothese eine Standzeit von durchschnittlich zehn bis zwölf Jahren haben und auf Grund der massiven Schädigung der Knochensubstanz im Schnitt nur zweimal gewechselt werden können, stehen immer mehr Menschen vor der Situation, sich dazwischen entscheiden zu müssen, länger mit starken Schmerzen zu leben, oder die Gefahr einzugehen, dass nach etwa 30 Jahren kein neues Gelenk mehr eingesetzt werden kann. Um die Situation dieser Menschen zu verbessern, und mindestens eine zusätzliche Wechseloperation zu ermöglichen, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein alternatives, perikortikales Befestigungskonzept entwickelt. Durch diese Art der Befestigung soll für die Implantation weniger Knochensubstanz entfernt werden müssen, und zudem soll die Möglichkeit der Lockerung der Endoprothese verringert werden. Zunächst wurden anatomische und biomechanische Grundlagen erläutert und darauf aufbauend verschiedene Konzepte entwickelt. Auf Basis von vorher festgelegten Gewichtungsfaktoren konnte das bestmögliche Konzept bestimmt werden. Im Anschluss wurden Materialien betrachtet, welche für die Produktion der Endoprothesenbefestigung infrage kommen würden. Hierbei wurde zwischen bioresorbierbaren und nicht-bioresorbierbaren Materialien unterschieden. Abschließend wurde das vorher als bestmögliches identifizierte Konzept mit Hilfe von Autodesk Inventor zur besseren Veranschaulichung konstruiert.

Dutschmann, Christoph;
Entwurf und Validierung eines Algorithmus zur Erkennung der Geste "Winken" mittels Kinect® V2. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Algorithmus entwickelt, der basierend auf Daten einer Kinect® V2 die Geste "Winken" erkennt. Da in der Fachliteratur keine Definition dieser Geste gefunden wurde, wurde eine eigene Definition erarbeitet. Im Zuge der Untersuchung des Winkens konnten unterschiedliche Ausführungsformen ermittelt werden. Eine einheitliche Beschreibung wurde anhand eines Phasenmodells erarbeitet. Dieses Modell beinhaltet den Verlauf eines virtuellen Ellenbogenwinkels, der anhand der zur Verfügung stehenden dreidimensionalen Koordinaten definiert wurde. Die Erkennung der Geste durch den Algorithmus basiert sowohl auf Schwellwerten der Amplitude als auch der Frequenz. Zur Validierung der Schwellwerte, wurden Probandenversuche durchgeführt und die Erkennungsrate bestimmt. Dabei wurde auch untersucht, welche Ausführungsform die Probanden ohne vorherige Beeinflussung unter dem Begriff "Winken" verstehen. Nach Optimierung des Algorithmus ergab sich eine Erkennungsrate von 89 %. Damit besteht grundsätzlich die Möglichkeit des Einsatzes im Forschungsfeld der Gestensteuerung.

Mörtter, Kerstin;
Vergleichende Analyse membrananaloger Beschichtungen auf Tetraetherlipidbasis. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Diese Arbeit befasst sich mit monomolekularen Beschichtungen hergestellt aus Tetraetherlipiden (TEL). Diese Beschichtungen wurden mittels Kontaktwinkelmessungen, Zetapotentialmessungen, Weißlichtinterferometeraufnahmen und CLSM-Aufnahmen analysiert. Die erzeugten Schichten wurden mittels Langmuir-Blodgett-Technik als nicht kovalente Bindung an ein Modellsubstrat, durch Spreitung von vorher erzeugten Liposomen und kovalente Anbindung über Cyanurchlorid an ein Modellsubstrat realisiert. Die Lipide wurden anhand von mittels der Filmwaage aufgenommenen Isothermen charakterisiert. Die erzeugten Liposomen wurden durch DLS-Messungen analysiert. Aus den untersuchten Lipiden wurde mit zwei unterschiedlichen Verfahren Liposomen erzeugt. Eine Variante war die Filmtechnik und die zweite ein Eintropfverfahren. Die Messung der dynamischen Lichtstreuung der Liposomendispersionen ergab, dass durch Diether-Verunreinigungen kleinere Liposomen gebildet werden konnten. Durch den Einbau von Diethern ergaben sich wiederum für die daraus erzeugten Schichten andere Oberflächeneigenschaften. Deutlich hydrophobere Oberflächen waren wegen der eingebrachten Diether gegenüber reiner Schichten aus Tetraethern zu messen. Das Weißlichtinterferometer diente zur Bestimmung der Schichtdicke, die bei der kovalente-gebundenen Schicht bei allen TEL-Proben ähnlich ausfiel und auf einen möglichen Monolayer hindeutete. In dieser Arbeit konnten membrananaloge Beschichtungen von vier verschiedenen TEL und einer konventionellen Lipidmischung analysiert und miteinander verglichen werden. Ebenso konnten Thesen zur Beschichtung mit Liposomen, zur Liposomenherstellung, dem Einfluss des Reinheitsgrads der Lipidproben, sowie zu mittels Ultraschall homogenisierten Liposomendispersionen bearbeitet werden. Für diese ergab sich folgendes Fazit: Das Eintropfverfahren erfüllte die Anforderungen zur Liposomenherstellung besser als die Filmtechnik. Der Einsatz von Liposomendispersionen ergab dichtere Schichten für die weniger Lipid verbraucht wurde als mit Lipidlösungen. Der Reinheitsgrad und mögliche Verunreinigungen durch Diether hatten deutlichen Einfluss auf die Bildung der Liposomen sowie die Eigenschaften der daraus erzeugten Schichten. Zur Homogenisierung von Liposomendispersionen eignete sich Ultraschall und auch dies führte wiederum zur Verbesserung der daraus erzeugten Schichten.

Schmidt, Artjom;
Optimierung eines Modells zur Messung der physikalischen Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen. - Ilmenau. - 153 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Der Schutz des Gehörsinns gewinnt immer mehr an Bedeutung. Nicht nur Menschen, die berufsbedingt schädigendem Lärm ausgesetzt sind, müssen ihren Gehörsinn schützen, sondern auch Menschen in urbanen Gebieten, in denen immer stärkere Lärmpegel auftreten und zugelassen sind. Zur Untersuchung des Einflusses des Gehörganges auf die individuelle Schallübertragung zum Trommelfell und zur Unterstützung der Entwicklung neuer Gehörschutzsysteme wurde am Fachgebiet Biomechatronik ein Versuchsstand entwickelt. Dieser soll die Nachteile von Messungen am Probanden oder mittels Kunstkopf umgehen und zusätzlich helfen am Fachgebiet Biomechatronik erstellte Finite-Elemente-Modelle (FE-Modelle) zu validieren. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte eine Analyse des bisherigen Versuchsstandes im Hinblick auf Signalerzeugung und -aufnahme sowie hinsichtlich der konstruktiven Umsetzung - speziell des Modells des Außenohres. Ausgehend von dieser Analyse wurden anschließend ausgewählte Punkte hinsichtlich ihrer Handhabbarkeit, Vorbildtreue und Vergleichbarkeit zu dem FE-Modellen optimiert. Der Nachweis der Verbesserung wurde mittels geeigneter Experimente durchgeführt. Im Kern der Arbeit stand die Fertigung neuer Modelle des Außenohres für den Versuchsstand mittels Fused Deposition Modeling (FDM). Dabei wurden die in den FE-Modellen verwendet Geometrien genutzt und sowohl verschiedene Ausführungen des Außenohrmodells als auch verschiedene Materialien für den 3D-Druck getestet. Die Modelle wurden in monolithischer (Ohrmuschel und Gehörgang fest zusammen) und modularer Ausführung (Ohrmuschel und Gehörgang getrennt) gefertigt. Durch den Vergleich der Messungen beider Modelle, konnte beurteilt werden, wie schalldicht die Verbindung zwischen Gehörgang und Pinna beim modularen Modell ist. Anschließend wurde mit den Modellen sowohl der Einfluss der Geometrie des Gehörganges sowie der Steifigkeit des Außenohres auf die Schallübertragung zum Trommelfell untersucht. Die gewonnenen Messergebnisse wurden mit den Ergebnissen der Simulationen verglichen. Durch die getrennte Messung des Gehörgangs und der Ohrmuschel, konnte festgestellt werden, welche Resonanzen durch welchen Bestandteil des Außenohres hervorgerufen wurden. Durch die Verwendung verschiedene Materialien konnte untersucht werden inwiefern die Elastizität der Ohrmuschel positiv zur Übertragung des Schalls beiträgt. Weiterhin konnte durch den Austausch des verwendeten Lautsprechers der Signal-Rausch-Abstand bei der Messung verbessert werden. Durch den Einsatz eines geeigneten Adapters konnte die Nutzung des vorhandenen Messmikrofons für Windows-PCs ermöglicht werden. Darüber hinaus wurde die Signalauswertung mittels Audacity® auf MATLAB® übertragen und erweitert.

Appenroth, Tim;
Untersuchung des Zusammenhangs mikrostruktureller Eigenschaften zu akustischen Kontrastmechanismen in der zerstörungsfreien Prüfung mittels akustischer GHz-Mikroskopie. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Diese Masterarbeit wurde in Kooperation mit dem Fraunhofer IWMS in Halle angefertigt. Die Zielstellung umfasst die Untersuchung von Through-Silicon Vias (TSV) mittels Ultraschallmikroskopie im GHz-Bereich und die Auswertung der entstehenden Kontrasterscheinungen. Dabei wurden TSVs mit verschiedenen Durchmessern und Fehlertypen untersucht. Darüber hinaus wird eine Voruntersuchung an Modellproben, als Ersatz für Faserknorpelgewebe am Sehnen-Knochen-Ansatz, mit dem Ziel der Bestimmung elastischer Eigenschaften, durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass Fehler unter der Probenoberfläche nicht direkt auf den akustischen Aufnahmen identifiziert werden können, da die Eindringtiefe des Schalls auf wenige Mikrometer begrenzt ist. Nach oben geöffnete Randdelaminationen, die bis zu 40 m tief an den TSV-Grenzen verlaufen, waren zweifelsfrei erkennbar. Darüber hinaus zeigte unterhalb der Delamination das gewohnte symmetrische Bild eines intakten TSVs. Eine Erklärung dafür sind Rayleighwellen, welche entlang der TSV-Grenzen verlaufen können und so tiefer eindringen als reine Kompressionswellen. Weiter konnte gezeigt werden, dass die Rayleighwellen besser in den TSV-Rand eingekoppelt werden, wenn die Delamination zur Oberfläche offen ist. Zudem konnten kreisförmige Erscheinungen um die TSVs mit der Interferenz von Oberflächen- und Kompressionswellen erklärt werden.

Ehrhardt, Michael;
Entwurf und Realisation einer Vorrichtung zur Erfassung von mechanischen Reaktionen bei der Explantation von Hüftgelenk-Endoprothesen. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Während der Explantation von Hüftgelenk-Endoprothesen kommt es heutzutage immer noch größtenteils auf die Erfahrung des durchführenden Chirurgen an. Das ist insbesondere im Falle einer "zementierten" Verbindung zwischen Implantat und Femur der Fall, wobei durch Geometrie und Restfestigkeit eine hohe Varianz entsteht. Dabei ist eine Vielzahl von individuellen Vorge-hensweisen notwendig, welche nur von erfahrenen Operateuren beherrscht werden. Es gibt die Hypothese, dass bestimmte und sich wiederholende Schlagmuster zu einem idealen Verlauf der Operation beitragen können. Eine Identifikation dieser Muster und eine spätere mechanische Reproduktion sollen für Patienten und Operateure in Zukunft einen schonenderen und effizienteren Ablauf der Explantation ermöglichen. In der vorliegenden Masterarbeit wird ein Beitrag zur Identifikation dieser Schlagmuster geleistet. Dazu wurde ein Messaufbau entwickelt. Dieser nimmt eine erste Erfassung der wirkenden mechanischen Reaktionen während der Operation vor. Hierzu wurde die Vorgehensweise während einer solchen Explantation und die für den Messaufbau möglichen Messprinzipien näher betrachtet. Nach der Festlegung der Anforderungen wurden unterschiedliche Konzepte für die wichtigsten Elemente des Aufbaus aufgestellt und miteinander verglichen. Mit der entworfenen Messvorrichtung können mechanische Reaktionen während der Explantation von Hüftgelenk-Endoprothesen aufgenommen werden. Diese Messvorrichtung ist so ausgelegt, dass eine In-vitro-Studie mit sogenannten "Schafmodellen" durchgeführt werden kann. Infolge-dessen erfolgt eine Bestimmung der mechanischen Reaktionen während einer Explantation, unter Verwendung von Femora von Schafen mit implantierten Prothesen im Aufbau. Für weiterführende Untersuchungen sollte die Messvorrichtung als technische Grundlage Berücksichtigung finden. Die Ermittlung der mechanischen Reaktionen z.B. im Hinblick auf verschiedenen Formen von Prothesen und Befestigungsarten im Femur würde neue Erkenntnisse bringen.

Naber, Ady;
Aufbau einer miniaturisierten Atmosphären-Plasmaquelle für biologisch-medizintechnische Anwendungen. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

In der vorliegenden Arbeit wird eine miniaturisierte und berührbare Plasmaquelle entwickelt, welche bei Atmosphärendruck und Umgebungsluft zündet. Des Weiteren handelt es sich um ein Niedertemperatur-Plasma, dass an biologische Labor Bedingungen angepasst ist. Zum Betrieb sind einige Hilfsmittel, wie Spannungsquellen und Schnittstellen zwischen Spannungs- und Plasmaquelle notwendig. Es wurden verfügbare Spannungsquellen genutzt, verglichen und Verbesserungspotential eingelegt. Sichere und leicht handhabbare Schnittstellen wurden entworfen und konstruiert. Die Durabilität der Plasmaquelle wurde untersucht. Die Behandlung von L929 und EA.hy926 Zelllinien mit Plasma und isolierten Bestandteilen eines Plasmas wurden durchgeführt und der Metabolismus der Zellen gemessen. Diese Versuche zeigen auf, dass der Metabolismus stark beeinträchtigt wird. Mit dem entwickelten und konstruierten Gesamtsystem ist eine Fortführung der Arbeit möglich.

Finke, Tara Tanita;
Messung der physikalischen Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen ist das Ohr. Dies ist in der Lage akustische Signale zwischen 16 Hz und 20 kHz aus der Umgebung wahrzunehmen. Durch die steigende Technisierung intensiviert sich der auf uns einfallende Lärm im privaten als auch im beruflichen Bereich, wodurch das Gehör eines der am stärksten belasteten Sinnesorgane wird. Es entstehen bleibende Schäden, die sich als Schwerhörigkeit ausbilden und bis hin zur Isolation von der Umwelt und Verlust des Arbeitsplatzes führen können. Eine Möglichkeit, zur Eingrenzung der Lärmschwerhörigkeit, ist das Tragen von Gehörschutzsystemen. Zur Gewährleistung der Schalldämmung sind einige Funktionsprüfungen notwendig. Da diese aktuell nicht referenziert sind und Probleme im Hinblick auf die Handhabung (Durchführung) darstellen, wurde in dieser Arbeit ein Prüfstand entwickelt, welcher eine problemlose Durchführung zur Überprüfung der Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen beinhaltet. Wichtig für den Aufbau des Prüfstandes waren zum einen die anatomischen Grundlagen des Ohres, zum anderen die physikalischen Grundlagen, wobei die Entwicklung des Schalls erläutert wurde. Eine weitere Voraussetzung war die Recherche des bisherigen Stands der Technik. Hierbei wurden unterschiedliche Gehörschutzsysteme vorgestellt und bestehende Funktionsprüfungen aufgezeigt. Nach dieser ausführlichen Recherche erfolgte die Auswahl der Materialien und der anschließende Aufbau des Prüfstandes. Der Prüfstand beinhaltet eine Grundplatte, inklusive einer Plexiglasplatte in der Mitte, an dem das künstliche Ohr befestigt wurde. Lateral zur Ohrmuschel befindet sich der Lautsprecher. Auf der anderen Seite sitzt das Messmikrofon zum Teil in dem Gehörgang. Zur Charakterisierung des Prüfstandes wurden zunächst Messungen im Freiraum ohne Gehörschutzsysteme durchgeführt, indem ein Signal durch einen Funktions-Generator erzeugt und vom Messmikrofon erfasst wurde. Die Aufnahmen wurden mit Hilfe des Programms Audacity dargestellt. Danach erfolgten die Messungen mit Gehörschutzsystem (Wachs und Schaumstoff) und zusätzlichen Schallisolierungen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prüfstand zur Ermittlung der Wirksamkeit von Gehörschutzsystemen geeignet ist und eine leichte Handhabung in Bezug auf die Durchführung darstellt. Dennoch sind zusätzliche Schallisolierungen notwendig, um Reflexionen von außen zu reduzieren. Weiterführend sollte die Nachbildung des künstlichen Ohres verbessert werden, damit ein durchgängiger Gehörgangsverlauf ohne Zwischenräume entsteht. Ein alternatives Messmikrofon, welcher ab einer Frequenz von 15 kHz einen linearen Frequenzgang besitzt, wäre zudem vorteilhaft, damit in den Messungen keine Schwankungen mehr entstehen.

Söhnel, Katja;
Methodische Betrachtungen zur Analyse azyklischer Bewegungen. - 179 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

In dieser Arbeit wurden Methoden betrachtet, die eine Analyse azyklischer Bewegungen ermöglichen. Während zyklische Bewegungen auf Wiederholungen basieren, werden azyklische Bewegungen nur einmalig ausgeführt. Als azyklische Bewegung wurde das Springen eines Hundes über eine Hürde in gerader Linie und in einer Kurve betrachtet. Um eine solche Bewegung zu erfassen, unterliegt die Messmethode gewissen Anforderung an Bewegungsfreiheit, Messvolumen und dreidimensionaler Datenerfassung. Als Messmethode wurde ein Passivmarker-Infrarot-System gewählt, welches mit 8 Kraftmessplatten und einem kabellosem Oberflächen-EMG synchronisiert wurde. Während sich die kinematische und kinetische Messmethode als durchaus geeignete Wahl zur azyklischen Bewegungserfassung herausstellten, zeigte die Messung der Muskelaktivierung deutliche Probleme in der praktischen Anwendung. Um eine Vergleichbarkeit der Messungen zu ermöglichen wurde eine Terminologie angewendet, die eine klare Definition des Sprungablaufes darstellt. Diese Terminologie erwies sich als bedingt geeignet für die Definition des Sprunges und die Unterteilung in einzelne Phasen. Jedoch bietet sie die Möglichkeit kinematische und kinetische Parameter zeitlich zu normieren um einen Vergleich mehrerer Messungen vornehmen zu können.

Binder, Daniel;
Für die Explantation von Schaftprothesen relevante Eigenschaften PMMA-basierten Knochenzements. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Die Verwendung von Knochenzementen auf Polmethylmethacrylat-Basis stellt seit dem 19. Jahrhundert den Goldstandard bei der Implantation von Endoprothesen dar. Sie verfügen über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und sind darüber hinaus auch einfach in ihrer Handhabung. In großem Gegensatz dazu stehen die potenziellen Komplikationen, die sie während nachfolgend notwendiger Revisions-Operationen bereiten. Ihre Entfernung stellt nicht nur eine hohe Belastung für den Patienten dar, sondern fordert ebenso ein hohes Maß an Kraft und Konzentration seitens des Operateurs, da neben elektrisch betriebenen Reiben hierbei hauptsächlich Hammer und Meißel zum Einsatz kommen. Zur Verbesserung und Erleichterung dieses Operationsschrittes wurden in dieser Arbeit die Eigenschaften der PMMA-Knochenzemente hinsichtlich ihrer diesbezüglichen Eignung untersucht. Dabei kann unter Verbesserung entweder eine kraftsparende Vereinfachung des Verfahrens oder aber eine Verkürzung der Prozedur und somit eine Schonung von Operateur und Patient verstanden werden. Nach einer Übersicht über die relevantesten Zementeigenschaften und deren Nutzung bei bereits entwickelten Alternativansätzen konnte die Notwendigkeit einer der Entfernung vorangehenden Zementdetektion hervorgehoben werden. Mit der kapazitiven Bildgebung konnte ein vielversprechendes Verfahren für eine solche Detektion vorgestellt und deren Eignung hinsichtlich der Patientensicherheit und Anwendbarkeit für das vorliegende Problem aufgezeigt werden. Eine erste vereinfachte und funktionsorientierte Realisierung des Verfahrens diente dem grundlegenden Gewinn von Erkenntnissen bezüglich des Versuchsaufbaus sowie der Datenaufnahme und -verarbeitung, welche in fortführenden Arbeiten Berücksichtigung finden sollten.

http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847095940binde.txt

Balling, Dominik;
Konzeption und Konstruktion eines Antriebssystems für eine neuartige hinderniskompatible Mobilitätshilfe. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Im Rahmen dieser Arbeit wird das Antriebskonzept für eine persönliche, neuartige und hindernistaugliche Mobilitätshilfe entworfen. Diese Mobilitätsplattform soll es Menschen mit Gehbehinderung ermöglichen, sich eigenständig in und um ihrem häuslichen Umfeld herum fortzubewegen. Im Gegensatz zu konventionellen und bereits vorhandenen hindernistauglichen Mobilitätshilfen wie beispielsweise elektrischen Rollstühlen bewegt sich diese Mobilitätshilfe auf sogenannten Whegs fort, eine Zusammensetzung der englischen Wörter wheel (deutsch: Rad) und leg (deutsch: Bein). Diese besitzen systembedingt eine Alternation der Nabe in der Vertikalen- und in der Längsrichtung. Um bei der Verwendung von Whegs ähnliche Fahreigenschaften wie bei konventionellen Arten der rollenden Lokomotorik zu erhalten, muss das Getriebe und der Drehzahlverlauf dementsprechend angepasst werden. Unter Berücksichtigung der Anforderungen aus dem Alltag wird das bereits bestehende mechanische System modelliert und für dieses ein Antriebskonzept entwickelt und dimensioniert.

Hantzsche, Cornelia;
Anwendung elektronenmikroskopischer Verfahren zur Untersuchung der inneren Struktur von Tasthaaren. - 108 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Das Fachgebiet Biomechatronik beschäftigt sich im Zuge des Projektes "Technische, nicht-visuelle Charakterisierung von Substratkontakten nach dem biologischen Vorbild carpaler Vibrissen" mit der Untersuchung der carpalen Tasthaare von Laborratten. Die vorliegende Arbeit gliedert sich dabei in dieses Projekt ein und liefert Erkenntnisse über die innere Struktur und die chemische Zusammensetzung carpaler Tasthaare im Vergleich zu mystacialen Tasthaaren und Körperhaaren. Zum Einsatz kamen diverse elektronenmikroskopische Verfahren. Mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie konnten Oberflächenaufnahmen erstellt werden. Die Energiedispersive Röntgenspektroskopie liefert Erkenntnisse über den Schwefelgehalt. Es stellte sich im Vergleich heraus, dass die untersuchten carpalen Tasthaare Ähnlichkeiten in innerer Struktur und chemischer Zusammensetzung mit den anderen Haaren besitzen. Beim Ermitteln des Durchmessers wurde jedoch deutlich, dass die carpalen Tasthaare an jeder Schnittposition dünner als die anderen untersuchten Haaren sind. Auch in der Anzahl der Cuticulaschuppen und somit der Dicke der Cuticula gibt es Unterschiede zwischen den verschiedenen Haartypen. So lassen diese Auswertungen der Bilder darauf schließen, dass das carpale Tasthaar beispielsweise weniger Schuppen als das mystaciale Tasthaar besitzt. Die vorliegende Arbeit bietet damit eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen sowie statistische Analysen.

Böttner, Paul;
Finite-Elemente-Analyse des Schwingungsverhaltens eines Spinnennetz-analogen Polymernetzes. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Ausarbeitung eines Schwingungsmodells von Spinnennetzen und deren Umsetzung in der kommerziellen Software ANSYS Workbench 15. Der bisherige Wissensstand des Systems Spinnennetz ist dazu ebenso eingeflossen wie Kenntnisse der Materialeigenschaften. Einem Überblick über den bisherigen Forschungsstand bezüglich den besonderen Eigenschaften der Spinnenseide und des Netzes folgen die mathematischen Grundlagen der Modellbildung. Im weiteren Verlauf beschäftigt sich die Arbeit mit dem Aufbau und der Erläuterung des Material- und Schwingungsmodells sowie der zu untersuchenden Geometrie des Netzes. Es folgt die Implementierung in ANSYS. Zur Umsetzung und Analyse werden Randbedingungen aus der Literatur zusammengetragen und sinnvolle Annahmen getroffen. Es folgt eine Validierung des Finite-Elemente-Modells (FE-Modells) mit bisherigen Messungen. Mit Hilfe der Software LTSPICE und unter Nutzung elektrischer Analogien können fehlende Parameter bestimmt und in Ansys implementiert werden. Der Vergleich mit den Messergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung des FE-Modells. Mittels Parameterstudien kann der Einfluss verschiedener Größen auf die Schwingungsfrequenz einer symmetrischen Netzgeometrie nachgewiesen und quantifiziert werden. Im Anschluss erfolgen die Untersuchungen eines asymmetrischen Netzes sowie der Auswirkung unterschiedlicher Anregungspunkte auf den Schwingungsverlauf. Ergebnis dieser Arbeit ist ein belastbares und für weitere Untersuchungen nutzbares FE-Modell. Anregungen diesbezüglich liefert die Arbeit im Ausblick. Des Weiteren werden weitere interessante Fragestellungen für zukünftige Forschungsaufgaben genannt.

Recknagel, Denise;
Entwurf eines Bedienkonzeptes für ein neuartiges, hinderniskompatibles Mobilitätssystem. - 152 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein intuitives Bedienkonzept für ein neuartiges, hinderniskompatibles Mobilitätssystem, das sogenannte Wheg-Mobil, entwickelt. Als problematisch erweist sich bei konventionellen Mobilitätshilfen eine zu große körperliche Entlastung, die fehlende Hinderniskompatibilität sowie die negative Stigmatisierung. Das zukünftige Produkt ist nicht nur zur Nutzung durch Personen mit eingeschränkter Gehfähigkeit (Schlüsselmobilität) gedacht, sondern richtet sich als Lifestyle-Gefährt auch an eine jüngere und sportliche Zielgruppe. Bei der Umsetzung sollen vor allem die technische Sicherheit, ein hohes subjektives Sicherheitsempfinden sowie eine Individualisierbarkeit gewährleistet werden. Die Bedienung findet vorwiegend im Stehen statt, jedoch sollte in Hinblick auf die anvisierte ältere Nutzergruppe ein Steh-Sitz optional installiert werden können. Zunächst wurde im Rahmen des Usability Engineering-Prozesses ein Anforderungskatalog erarbeitet. Um ein für die angestrebten Zielgruppen angepasstes Bedienkonzept zu finden, wurde eine Produktrecherche über konzeptionell ähnliche Mobilitätssysteme durchgeführt. Im Rahmen eines Bewertungsverfahrens wurden die möglichen Konzeptvarianten aus Sicht des Nutzers mittels Wertempfindungstabelle beurteilt und die technische Wertigkeit für jede Variante ermittelt. Die höchste technische Wertigkeit wurde bei der Kombination der Balance-Control mit der seitlichen Neigung des Holms, bekannt vom Segway der zweiten Generation, festgestellt. Diese an das Wheg-Mobil angepasste Kombination wird als Pivot-Steuerung bezeichnet. Als einziges Bedienelement dient der Lenkholm, der mittels Gelenk mit dem Freiheitsgrad 3 der Rotation schwenkbar gelagert ist. Zur Vorwärtsfahrt wird der Holm nach vorne (bzw. zur Rückwärtsfahrt nach hinten) gedrückt, für einen Lenkvorgang zusätzlich zur Seite. Um zu bremsen wird der Holm zurück in die Neutralstellung gebracht. Ein Spezialmodus erlaubt das Wenden auf der Stelle. Im Rahmen eines Pflichtenhefts wurden die gesammelten Kriterien, Baugruppen und Funktionen definiert. Um das Konzept der Pivot-Steuerung zu evaluieren, wurde eine Nutzerbefragung mit 30 potentiellen Nutzern durchgeführt und ausgewertet. Das Konzept wurde durchgängig als verständlich und intuitiv eingestuft.

Ziegenspeck, Nils;
Entwurf einer Orientierungseinheit eines haptischen Eingabegerätes. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Funktionsmuster einer dreidimensionalen Orientierungseinheit zu entwerfen, wobei eine Designstudie als Vorlage dient. Die Orientierungseinheit ist Teil eines haptischen Eingabegerätes, welches seinen Einsatz in der Telemanipulation findet. Es wird dabei nach den Richtlinien der VDI 2221 und VDI 2206 vorgegangen. Bei der Entwicklung dieser Orientierungseinheit wird besonders auf eine ergonomische Handhabung geachtet. Indes wird stetig das Zusammenspiel von Usability (Gebrauchstauglichkeit) und Functionality (Funktionalität) geprüft. Ebenfalls wird am Ende der Arbeit das Funktionsmuster auf die gestellten Anforderungen getestet und kritisiert.

Bemmann, Maximilian;
Qualizierung und Optimierung eines Systems zur Messung von Beißkräften. - 135 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

In Zusammenarbeit des Fachgebietes Biomechatronik der Technischen Universität Ilmenau, des Instituts für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig ist ein neues Messsystem zur Bestimmung der Beißkraft bei Hunden entstanden. Dazu wurde ein Hetzarm der Firma Schweikert mit einer speziellen Kraftmesseinrichtung versehen. Sie besteht aus zwei gegenüberliegenden POM-Keilen und vier darin verschraubten Sensoren, die im Beißbereich des Hetzarmes verbaut wurden. Die Daten des Messverstärkers werden dabei per Bluetooth drahtlos an eine Auswertesoftware gesendet, um so die Handhabung des Messsystems zu erleichtern und den Bewegungsradius des Helfers während einer Messung zu vergrößern. Diese Arbeit befasst sich speziell mit der Kalibrierung und Bewertung des Messsystems, bestehend aus Messarm, Messverstärker und dem Laptop mit der Auswertesoftware. Es soll ein Verfahren zur Ermittlung des Systemverhaltens erarbeitet, dabei auftretende Messfehler diskutiert und größenmäßig erfasst werden. Zur vollständigen Beschreibung eines Messsystems gehört ebenso die Anweisung über die Handhabung und eine Beschreibung zur Durchführung einer Messung, sodass in dieser Arbeit zusätzlich ein Durchführungsstandard für eine Beißkraftmessung bei Hunden entwickelt werden soll. Am Ende steht die Erstellung eines Datenblatts zur Charakterisierung des Messsystems. Schlagwörter: Beißkraftmessung, Hund, Messsystem, Messstandard, Hetzarm, Kalibrierung, DMS-Sensoren

Winkler, Susann;
Abbildung der Kinematik der Vorderextremitäten kleiner Säugetiere mittels eines Pedipulators. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Systeme zur taktilen Identifikation von Strukturen in der Umwelt sind im Bereich der Robotik ein wichtiges Thema. Zur Weiterentwicklung und Optimierung solcher Methoden wird auf biologische Modelle, wie zum Beispiel die Sinushaare von Nagetieren, zurückgegriffen. Um Aussagen über das Verhalten dieser taktilen Haare zu treffen, ist eine Beobachtung während der Lokomotion eines Tieres notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit kommt es zur Abbildung eines Modells, das das Führen eines biologischen Beins einer Rattus norvegicus entlang der natürlichen Bewegungsbahn ermöglicht. Hierfür werden zunächst in einem theoretischen Ansatz Thesen für eine technische Realisierung aufgestellt. Im weiteren Verlauf kommt es zur Bestätigung beziehungsweise Widerlegung jener mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen. Im Umfang dieser Versuche kommt es zum schrittweisen Präparieren einer Vorderextremität mit Bewegungs- und Belastungstests sowie einem anschließenden Vermessen der vollständig freigelegten Knochenstruktur. Abschließend werden die theoretischen Ansätze mit den Erkenntnissen aus den praktischen Untersuchungen verknüpft und ein endgültiges Modell, das die Abbildung der Beinkinematik ermöglicht, vorgeschlagen.

Tietsch, Volker;
Stoßspektrum von Spinnennetzen. - XVIII, 130 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Die vorliegende Arbeit präsentiert Grundlagen, Versuchstechniken und neue Erkenntnisse des Systems Spinnennetz. Die bereits vorhandenen Kenntnisse über dieses Vorbild aus der Natur werden erweitert und bemerkenswerte Eigenschaften identifiziert. Spinnenseide ist ein herausragendes Biopolymer, dass herkömmliche synthetische Fasern in einer Reihe von Eigenschaften übertrifft. Der Bionik und Materialforschung ist es ein Anliegen diese Fähigkeiten zu nutzen. Besonders die Fähigkeiten der Seide zur Absorption kinetischer Energien stechen hervor. Neuste Fortschritte in der rekombinaten Herstellung versprechen, diesen Werkstoff in naher Zukunft in großen Mengen synthetisch herstellen zu können. Zu Beginn wird ein Überblick über die besonderen Eigenschaften von Spinnenseide und -netz, sowie den bisherigen Forschungsstand gegeben. Außerdem werden die notwendigen mathematischen Grundlagen zur Analyse von Schwingungen erarbeitet. Dabei wird außerdem das Shock Response Spectrum (SRS) und dessen Berechnungsmethoden erläutert. Anhand verschiedener Quellen wird ein standardisiertes SRS entworfen und in Form eines Matlab-Skriptes implementiert. Für die Versuche werden Netze der Spinnenart Argiope Argentata verwendet. Zur Vermessung wird ein Versuchsaufbau entworfen und aufgebaut, um die Netze mit Projektilen in Schwingung zu versetzen. Die resultierenden Schwingungen werden mit Interferometern aufgezeichnet. Mit einer Reihe von Auswertungsskripten werden die Messungen detailliert analysiert, um Eigenschaften zu identifizieren und zu quantifizieren. Außerdem wird das SRS des Netzes berechnet. Dabei zeigt sich, dass das Netz ein dynamisches System ist, dessen Eigenschaften nur beschränkt durch bisherige, lineare Modelle beschrieben werden können. Insbesondere die Steifigkeit kann als dynamischer Parameter ausgemacht werden. Eine Reihe weiterer Parameter, wie z.B. die Energiedissipation werden quantifiziert. Im Anschluss wird ein erweitertes Modell entwickelt, dass die dynamischen Parameter berücksichtigt. Ein Vergleich mit den Messergebnissen zeigt die sehr gute Übereinstimmung des erweiterten, dynamischen Modells. Um weitere Details der Eigenschaften zu untersuchen, werden außerdem die viskoelastischen Materialeigenschaften in ein dynamisches Materialmodell aufgenommen. Ergebnis der Arbeit sind neue Kenntnisse über das System Spinnennetz, die die Erwartungen übertreffen. Zum Abschluss wird ein detaillierter Ausblick gegeben, um das Forschungsthema im breitem Umfang fortzusetzen. Die Arbeit präsentiert dazu mehrere Ansätze.

Mende, Susanne;
Untersuchungen zur inneren Struktur carpaler Vibrissen. - 201 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Die Untersuchung und Beschreibung der inneren Struktur carpaler Vibrissen von Rattus norvegicus sowie die Beurteilung und der Vergleich verschiedener Messverfahren waren Hauptziele der vorliegenden Masterarbeit. Mithilfe einer Vielzahl unterschiedlicher Methoden wurde sowohl eine Bildgebung als auch eine chemische Analyse der untersuchten Objekte durchgeführt. Dabei kamen zum einen licht- und elektronenmikroskopische Verfahren zum Einsatz und zum anderen erfolgte der Nachweis chemischer Elemente mittels EDX. Spezielle Mikroskopieverfahren wurden verwendet, um die Autofluoreszenz und die Doppelbrechung der Vibrissen zu untersuchen. Anhand der erzielten Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass Vibrissen sowohl hinsichtlich des anatomischen Aufbaus als auch ihrer chemischen Zusammensetzung hohe Ähnlichkeiten zu Fellhaaren und Humanhaar aufweisen. Der Nachweis des Aufbaus aus den drei Schichten Cuticula, Cortex und Medulla konnte anhand der Bildgebung von Querschnitten erbracht werden. Bezüglich der Existenz und der unterschiedlichen Ausprägung der Medulla konnten jedoch keine Systematiken und Zusammenhänge zum Alter oder Geschlecht des Tieres, der Körperregion oder der Position innerhalb der Vibrissen gefunden werden. Mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie wurde die Autofluoreszenz der Tasthaare nachgewiesen, welche sich besonders ausgeprägt im Wurzelbereich zeigt. Die chemische Analyse an Querschnitten mystacialer und carpaler Vibrissen legte eine asymmetrische Verteilung von Schwefel dar. So konnte gezeigt werden, dass die Cuticula einen höheren Schwefelanteil als der Cortex und die Medulla aufweist. Dies kann als Nachweis des Keratinproteins Cystin gelten, welches der Stabilität, Festigkeit sowie dem physikalischen, chemischen und mechanischen Schutz des Haars dient. Die Bildgebung der durch den FIB-Ionenstrahl erzeugten Schnittfläche eines carpalen Vibrissenquerschnitts ließ Einschlüsse oder Poren in der corticalen Schicht erkennen. Die Auswahl einer Untersuchungsmethode richtet sich nach der Zielsetzung der Messung, den Anforderungen an die Ergebnisse und den Proben selbst. Für einen ersten Überblick sind lichtmikroskopische Verfahren sehr gut geeignet. Um Detailaufnahmen hoher räumlicher Auflösung zu erzielen, konnten im Rahmen der Arbeit mithilfe des REM die besten Ergebnisse gewonnen werden. Die EDX bot eine sehr gute Möglichkeit zum Nachweis der chemischen Zusammensetzung und deren räumlicher Verteilung.

Creutzburg, Heide;
Untersuchungen zur Eignung dreidimensionaler, biomimetischer Designerscaffolds für das Knochen Tissue Engineering am Beispiel der Differenzierung mesenchymaler Stammzellen. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Zu den vielversprechendsten Lösungen für Gewebeersatz- und regeneration zählt heutzutage die schnell fortschreitende Disziplin des Tissue Engineerings. Diese Arbeit befasst sich mit neuartigen Scaffolds für das Knochen Tissue Engineering. Die Neuartigkeit besteht zum einen aus der biomorphen Struktur der Scaffolds, die durch das Prototyping-Verfahren der Zweiphotonenpolymerisation (2PP) reproduzierbar generiert werden kann, zum anderen in der Möglichkeit die Steifigkeit der Prototyping-Scaffolds unter Verwendung einer Plattform biomimetischer Materialien definiert einzustellen. Erste Untersuchungen für die Anwendbarkeit dieser Scaffolds im Tissue Engineering wurden im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt. Folgende Thesen wurden bearbeitet und konnten bestätigt werden: - Scaffolds verschiedener Steifigkeit sind mit Hilfe der LCM-Plattform und der 2PP-Technologie herstellbar; - LCM-Scaffolds sind biokompatibel und besiedelbar; eine 3D-Kultivierung ist mit den neuartigen Designerscaffolds möglich; bekannte Kultivierungsregime und -effekte des Tissue Engineerings sind auf den Designerscaffolds ableitbar Zunächst wurden die Materialien UDMA; LCM4 und LCM6 mit Hilfe von Relaxationskurven mechanisch charakterisiert und die biologische Verträglichkeit nachgewiesen. Mit diesen Materialien konnten Scaffolds verschiedener Steifigkeit strukturgenau und reproduzierbar hergestellt werden. Für die reproduzierbare Besiedlung der Scaffolds mit Zellen wurde ein Protokoll erstellt. Mit der Rasterelektronenmikroskopie und einer Kollagenfärbung (Sirius Red) konnte durch den Nachweis der Bildung extrazellulärer Matrix eine erfolgreiche 3D-Kultivierung von ovinen mesenchymalen Stammzellen auf den Prototyping-Scaffolds gezeigt werden. Mit einer biochemischen Stimulierung der Stammzellen konnte ein Materialeinfluss auf den Genotyp (Alkalische Phosphatase, Osteopontin, Osteonektin, Osteocalcin, Kollagen Typ I) proportional zur Steifigkeit festgestellt werden. Einen positiven Einfluss auf die Differenzierung in Richtung Knochengewebe konnte unter einer dynamischen Kultivierung erzielt werden.

Wagner, Bea Bianca;
Konzeptionierung eines Prüfstandes für den Seitenaufprallschutz durch Kindersitze. - 133 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2014

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Konzeptionierung eines Seitenaufprall-Schlittentests für die Prüfung von Kinderrückhaltesystemen. Die europäische Wirtschaftskommission hat mit der neuen Richtlinie ECE-R129 einen Seitenaufpralltest für die Zulassung von Isofix-Kinderrückhaltesystemen eingeführt. Dies stellt eine Ergänzung der bisherigen obligatorischen Front- und Heckaufpralltests dar. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob das vorgeschlagene ECE-R129-Testverfahren, für Kinderrückhaltesysteme mit Isofix- sowie Gurtsystem, vom ADAC e.V adaptiert werden kann. Dazu wurde analysiert, inwiefern das ECE-Testverfahren und der bereits bestehende Seitenaufprall-Schlittentest des ADAC, die Parameter einer Seitenkollision realistisch abbilden. Für den Vergleich wurde zusätzlich der von NPACS (New Program for Assessing Child Seats) entwickelte Seitenaufpralltest betrachtet. Die Intrusion ist einer der charakteristischen Parameter der Seitenkollision. In den ECE- und NPACS-Tests wird die Intrusion bereits berücksichtigt. Im ADAC-Test hingegen noch nicht. Der Fokus bei der Analyse und des Vergleichs wurde deswegen auf die Intrusionsdarstellung und deren Notwendigkeit für einen Seitenaufprall-Schlittentest gelegt. Als Referenz für den Vergleich und die Konzeptionierung des Testaufbaus wurde ein Fahrzeug-Fahrzeug-Seitencrash durchgeführt. Dessen Crashdaten wurden ausgewertet und analysiert und mit den Testdaten der Seitenaufpralltests verglichen. Des Weiteren wurden die Einflussfaktoren auf die Dummybelastungen im Seitencrash formuliert, und deren Ausprägungen bei dem Fahrzeug-Fahrzeug-Crash und der Seitenaufpralltests ermittelt. Anhand der Ergebnisse wurden die Vor- und Nachteile der bestehenden Seitenaufpralltests hinsichtlich der Anforderungen, die aus der neuen Richtlinie hervorgehen, aufgezeigt sowie die Erkenntnisse und die Anforderungen an einen standardisierungsfähigen Seitenaufprall-Schlittentest für Kinderrückhaltesysteme formuliert.

Heide, Marie;
Fügen von Polymer- und Siliziumbauteilen für BioMEMS. - 56 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

BioMEMS (biologische mikroelektromechanische Systeme) gewinnen seit den 1980er Jahren auf Grund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten immer mehr an Bedeutung. Zur Herstellung von BioMEMS werden neben Werkstoffen der Mikroelektronik wie Glas und Silizium, und biologischen Materialien wegen der hohen Biokompatibilität und der geringen Kosten verstärkt Polymere eingesetzt. Beim Fügen von Polymeren mit den Standardfügetechniken für BioMEMS, z.B. anodisches Bonden, treten aber Probleme wie zu hohe Prozesstemperaturen auf. Eine gute Alternative sind gasgestützte Verfahren. Ein Beispiel ist die Atmosphärenplasmabehandlung. In dieser Arbeit werden die grundlegenden Wechselwirkungen der Atmosphärenplasmabehandlung auf Polymeroberflächen dargelegt und die in der Literatur vorhandenen Anwendungen zum Fügen von Polymeren und Silizium mittels Atmosphärenplasmabehandlung zusammengefasst und ausgewertet. Auf dieser Basis werden Versuche zum Fügen der Polymere PC, PDMS, PE und PP auf Siliziumchips mit Hilfe der Atmosphärenplasmabehandlung geplant und durchgeführt. Dabei werden die Plasmaleistung und die Behandlungszeit variiert. Zur Analyse der Verbundfestigkeit werden die gefügten Proben mittels des klassischen Zugversuchs bis zum Zerreißen gedehnt. Zusammenfassend werden optimale Parametersets für das Fügen von PC, PDMS, PE und PP auf Siliziumchips abgeleitet.

Giese, Alexander;
Automatisierte Untersuchung von 3D-Modellen des äußeren Ohres hinsichtlich der Querschnittsflächenfunktion des Gehörgangs. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Für die Entwicklung von Hörgeräten, die weitestgehend universell einsetzbar sein sollen, ist es notwendig, die Geometrie des äußeren Ohres zu kennen. Dazu zählen vor allem Verlauf und Größe des Gehörganges. Aus diesem Grund befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung einer Methode, die eine vollautomatische Untersuchung einer großen Anzahl digitaler Ohrmodelle ermöglicht. Dabei geht es hauptsächlich darum, den Gehörgang hinsichtlich des Flächeninhaltes seiner Querschnittsfläche über die Gehörgangslänge zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden ein Pfad und entsprechende Schnittebenen an den Gehörgang angepasst. Neben dem Flächeninhalt werden die Pfadrichtung, Pfadkrümmung und das Seitenverhältnis des Gehörgangsquerschnittes über die Pfadlänge berechnet. Bei der Entwicklung einer geeigneten Programmstruktur wurden mehrere Teilfunktionen identifiziert. Für die Erfüllung der wichtigsten Teilfunktionen wurden verschiedene Lösungswege diskutiert, in MATLAB ® umgesetzt und getestet. Somit konnte an einer Probemenge von 50 Ohrmodellen gezeigt werden, dass die beste gefundene Methode in der Lage ist, die meisten der Ohrmodelle richtig zu verarbeiten. Bevor das Programm vollständig automatisiert arbeiten kann, ist eine Verbesserung der Ausrichtung der Ohrmodelle und der Erkennung der äußeren Gehörgangsöffnung notwendig.

Schemet, Natalie;
Anwendung der Wavelet-Analyse zur Charakterisierung ermüdungsbedingter Veränderungen der spektralen Eigenschaften des Elektromyogramms unterschiedlicher Muskeln. - 78 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Elektromyografische Messungen kommen in erster Linie als Diagnoseinstrument sowohl zur Analyse muskulärer Beanspruchung als auch Ermüdung zum Einsatz. Ungeachtet der Tatsache, dass bereits eine etablierte Methode zur Einschätzung der Muskelermüdung bei Extremitätenmuskeln, die sogenannte "Joint Analysis of EMG Spectrum and Amplitude" nach Luttmann existiert, gibt es kein Verfahren, das bei Untersuchungen an der Rumpfmuskulatur ein eindeutiges Ergebnis liefert. Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung und Prüfung einer Methode zur Aufklärung des Ermüdungsverhaltens der Rumpfmuskulatur unter Berücksichtigung der Annahme, dass die spektralen Eigenschaften des Elektromyogramms sowohl vom Ermüdungszustand des untersuchten Muskels als auch von dessen morphologischer Struktur maßgeblich beeinflusst werden. Diese Arbeit präsentiert eine Methode, die mit einer bewährten Methode der FFTAnalyse verglichen wird. Sie liefert Angaben zum ermüdungsbedingten Verhalten der Rumpfmuskulatur und Aussagen über die Beeinflussung der spektralen Eigenschaften des EMG in Abhängigkeit von der morphologischen Struktur eines untersuchten Muskels. Diese Methode basiert auf der Anwendung der kontinuierlichen Wavelettransformation (CWT). Auf dieser Grundlage wurde die Root Mean Square (RMS) mittels der erhaltenen Waveletkoeffizienten berechnet und deren Verhalten über die Zeit ermittelt. Zum einen zeigten die Ergebnisse, dass die CWT als eine geeignete Methode zur Ermittlung der Ermüdung an Rumpfmuskulatur angesehen werden kann. Zum zweiten lieferten sowohl die CWT als auch die FFT vergleichbare Ergebnisse, die auch statistisch gesichert werden konnten. Der Sigfikanztest zeigte, einen statistisch gesicherten Zusammenhang zwischen den beiden Analysemethoden. Abschließend konnten einige Aussagen zu den vorhandenen Ähnlichkeiten bzw. Unterschieden im Zeitverhalten der RMS für unterschiedliche Muskeln und Frequenzbänder getroffen werden.

Schweitzer, Daniela;
Methoden zur automatisierten Identifikation anatomischer Landmarken im Mittelohr. - 78 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Das Hören ist einer der wichtigsten Sinneswahrnehmungen des Menschen. Ein vermindertes Hörvermögen, welches zumeist durch Lärm entsteht, bildet viele Sicherheitsrisiken im Alltag. Die Untersuchungsmethoden des Ohrs sind vielfältig. In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe der Bildverarbeitung verschiedene anatomische Landmarken detektiert. Für die Bildverbesserung und Segmentierung wurde das freie Berechnungsprogramm Scilab genutzt. Der Detektionsalgorithmus arbeitet auf Grundlage des Template Matching Verfahrens. Für die Detektion des Lichtreflexes auf bewegten Bildern sind zwei Algorithmen entstanden. Beide arbeiten mit mehreren Templates, um eine möglichst hohe Detektionsrate zu erzeugen. Zur besseren Beurteilung der Ergebnisse muss der entwickelte Algorithmus an weiteren Videoaufnahmen getestet werden. Die beiden entwickelten Algorithmen besitzen Vor\,- und Nachteile, welche als Grundlage für die Fortführung der Arbeit genutzt werden können. Im Weiteren könnten andere anatomische Landmarken auf dem Trommelfell zur Detektion herangezogen werden.

Schmidt, Philipp;
Biologisch inspirierte Lösungen zur Vermeidung der ungleichmäßigen Verteilung der Zugkraft innerhalb textiler Zugmittel. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

In dieser Masterarbeit geht es um die Erforschung von Belastungszuständen textiler Zugmittel. Dabei kommt es zur ungleichmäßigen Verteilung der Zugkraft innerhalb des Querschnitts und folglich zu einer Minimierung der Bruchlast. Die Untersuchung von zugkraftübertragenden biologischen Systemen wird genutzt, um neuartige technische Lösungen zu entwickeln. Dabei werden botanische und zoologische Strukturen betrachtet. Nach Identifizierung von Struktur-Funktions-Zusammenhängen werden die Grundprinzipien genutzt, um Seilendverbindungen zu optimieren. In Zusammenarbeit mit der TU Chemnitz wird ein Prototyp entwickelt und gefertigt. Durch Messung auf dem Zugprüfstand wird überprüft, ob die Ergebnisse mit den theoretischen Vorüberlegungen übereinstimmen.

Eckert, Peter;
Effect of spine movement on quadruped robot bounding locomotion. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Konzeption, Entwicklung und den ersten Tests dreier Versionen eines quadrupeden Laufroboters mit artikulierter Wirbelsäule. Die entwickelten Lynx (zu Deutsch: Luchs)-Varianten haben die Größe einer kleinen Hauskatze und sind maßgeblich von der Biologie inspiriert. Es werden Mechanismen wie Beine mit Panthographenaufbau und Wirbelsäulen mit mehr oder weniger abstahierter Struktur verwendet. Die Arbeit zeigt, dass die verschiedenen Wirbelsäulenvarianten das Bewegungsmuster (hier ein Bound) des Gesamtsystems stark beeinflussen und große Variationen in der erfolgreichen Implementierung des Gaits auftreten. Erfolge wurden, im Vergleich zu anderen Robotern, in der Stabilität und den Transportkosten (mehrere CoT < 5 J Nm) erziehlt, weniger in der erreichten Geschwindigkeit (vmax = 0.75ms). Die entwickelten Roboter geben sehr gute Einsicht in konstruktive Restriktionen und Vorteile, die in einer Folgeversion eingeabreitet werden können um ein verbessertes System zu entwickeln

Hesky, Claudia;
Prinzipien einer belastungsgerechten Anpassung bei Zugkraft übertragenden Strukturen in der Anatomie von Säugetieren. - 150 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

In dieser Arbeit wurde aus Erkenntnissen der zugkraftübertragenden Strukturen in der Anatomie des Menschen ein Endverbindungskonzept für textile Seile erarbeitet. Sehnen übertragen vorwiegend Zugkräfte von den Muskeln auf das Skelett. Dabei ist es die Aufgabe ihres Ansatzes, die unterschiedlichen Elastizitätsmodule zwischen Knochen und Sehne anzugleichen. Daher befasst sich ein Teil der Arbeit mit der Erfassung des biomechanischen Verhaltens und des physiologischen Aufbaus des Sehnen-Knochen-Ansatzes. An den Sehnen eines Schweins wurden ein Gefrierbruchversuch und anschließend mikroskopische Untersuchungen vorgenommen. Die Ergebnisse trugen den bereits gewonnenen Kenntnissen über die Physiologie und Mechanik der Sehnenanbindung bei. Die Zusammenhänge aus der Mechanik und den Phänomenen in der Mikrostruktur des Sehnenansatzes wurden in ein Erklärungsmodell überführt. Dies soll als Vorbild für eine konstruktive Entwicklung einer Seilanbindung dienen. Weitere zusätzliche Möglichkeiten für eine derartige bionisch inspirierte Umsetzung wurden im Abschluss genannt.

Krekeler, Malte;
Durchführung und Auswertung von Bewegungsanalysen der Halswirbelsäule zur Optimierung von Trackingverfahren und Trajektorienmustern. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Die aktuelle Diagnostik von Erkrankungen der Wirbelsäule ist geprägt durch bildgebende Verfahren und manuelle Diagnostik. Aufgrund der Häufigkeit von Erkrankungen der Wirbelsäule sind objektive, kostengünstige und patientenfreundliche Diagnoseverfahren notwendig. Durch die Umsetzung eines Ansatzes zur Diagnostik von funktionellen Erkrankungen der Halswirbelsäule sollen assoziierte Bewegungen provoziert und die entstehenden Bewegungen gemessen und ausgewertet werden. Auf Grundlage von Vorarbeiten, der Analyse der anatomischen Konstellation, der möglichen Bewegung, der aktuellen klinischen Diagnostik und Entwicklungen in der Diagnostik von Erkrankungen der Halswirbelsäule wurde ein Anforderungskatalog bezüglich Verfahren, Messsystem, Provokation und Probanden erarbeitet. Die beste Lösungsmöglichkeit wurde in Form eines Provokationswürfels, mit einer LED-Matrix auf den Innenflächen zur Darstellung eines bewegten Leuchtpunktes, umgesetzt. Die resultierenden Bewegungen des Kopfes gegenüber dem Rumpf, provoziert durch zwölf unterschiedliche Provokationstrajektorien, werden über zwei Inertialsensoren gemessen, um Rückschlüsse auf die Bewegungen in der gesamten Halswirbelsäule zu erhalten. Dieses Verfahren wurde zuerst in einer Machbarkeitsstudie mit elf Probanden objektiv getestet und danach wurden die subjektiven Empfindungen durch einen Fragebogen erfasst. Die Auswertung der Ergebnisse hat gezeigt, dass ein Zusammenhang zwischen gemessener Kopfbewegung und Provokation mit Korrelationskoeffizienten zwischen 0,85 bis 0,99 besteht. Außerdem wurde die Differenz zwischen der gemessenen Bewegung und der Provokation ausgewertet. Hier konnten Mittelwert zwischen -8,75&ring; und 1,71&ring; sowie Standardabweichungen von 1,48&ring; bis 6,10&ring; ermittelt werden. Die Güte der Verfolgung war sehr gut, es besteht jedoch Verbesserungspotenzial bei der LED-Verteilung sowie der Anzahl der verwendeten LEDs. Diese neu erarbeitete Provokation war insgesamt sehr gut, reproduzierbar und bildet so die Grundlage für weitere Studien mit größeren Probadenzahlen zur Weiterentwicklung des objektiven, kostengünstigen und patientenfreundlichen Diagnoseverfahrens für funktionelle Erkrankungen der Halswirbelsäule.

Neumann, Felix;
Entwicklung und Validierung einer Methode zur Messung der Reflektanz des Mittelohrs. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

In dieser Arbeit wurde die Variabilität der Reflektanz des Mittelohrs über mehrere Messtage überprüft um nachzuweisen, daß vergleichbare Messkurven der Reflektanz erhalten werden. Anschließend sind die gemessenen Daten auf ein elektrisches Ersatzschaltbild des Mittelohrs übertragen worden. Die Reflektanz wurde in einer kleinen Studie mit drei Probanden über fünf aufeinanderfolgende Tage gemessen. Bei der Korrelation zwischen den Messtagen gab es im Gesamtbild keine signifikanten Unterschiede. Ein Vergleich der Messungen am linken und rechten Ohr offenbarte jedoch kleine Unterschiede, die sich nicht in wesentlichen Unterschieden beider Ohren wiederspiegelten. Die gemessenen Reflektanzkurven wurden durch eine numerische Übertragungsfunktion beschrieben. Dafür standen das Pole-Zero-Fitting und die System-Identification-Toolbox aus Matlab zur Verfügung. Das Pole-Zero-Fitting resultiert aus der Anpassung einer rationalen Funktion an den Kurvenverlauf der Reflektanz. Mit steigender Anzahl an Polen verbesserte sich die Anpassung an die gemessenen Daten. Für die mathematische Beschreibung der Reflektanz durch die System-Identification-Toolbox wurde das Zustandsraummodell als bestes Modell gewählt. Die zum elektrischen Ersatzschaltbild passende Ordnung des Zustandsraumes zeigt nicht bei jedem Probanden die besten Ergebnisse. Eine Erhöhung der Ordnung des Modells ging nicht automatisch mit einem verbesserten Ergebnis der Anpassung einher. Eine mathematische Beschreibung des elektrischen Ersatzschaltbildes erfolgte über die Aufstellung einer symbolischen Übertragungsfunktion mit den Elementen der Schaltung. Das modifizierte Knotenpotentialverfahren konnte die Übertragungsfunktion über Knotenspannungen und Ströme aufstellen und zeigte eine umfangreiche und unübersichtliche Übertragungsfunktion. Im Gegensatz dazu erwies sich die Zustandsraumdarstellung als einfachere und schnellere mathematische Beschreibung des Ersatzschaltbildes. Unter Nutzung des Knotenpotentialverfahrens ließen sich auch hier die gesuchten symbolischen Zustandsgleichungen der Schaltung darstellen. In weiterführenden Arbeiten können die Parameter aus den symbolischen und numerischen Übertragungsfunktionen über einen Koeffizientenvergleich ermittelt oder die Schaltung direkt aus den Polen und Nullstellen des Pole-Zero-Fittings synthetisiert werden.

Weyrich, Steven;
Konzept und Aufbau eines Rechnernetzes zur Steuerung mobiler Roboter. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Mobile, selbstständig arbeitende Roboter gehören zu einem der großen Träume der Menschen seit Beginn des letzten Jahrhunderts. Aber erst jetzt, am Beginn des 21. Jahrhunderts, beginnt dieser Traum langsam Realität zu werden. Immer leistungsfähigere und kleinere Roboter beginnen, unseren Alltag zu erobern, aber je großflächiger sie eingesetzt werden, desto wichtiger wird es für sie, miteinander und mit dem Menschen kommunizieren zu können. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie die Struktur einer Kommunikationsschnittstelle aussehen kann, welche den Menschen in die Lage versetzt, Roboter an nahezu jedem Ort der Erde steuern und Informationen von diesem erhalten zu können. Dazu wird auf das Internet für die Datenübertragung über weiten Strecken zurückgegriffen, während die Datenübertragung vom Internetzugangspunkt zum Roboter über ZigBee erfolgt. Um die Frage zu klären, ob diese beiden Datenübertragungsprotokolle geeignet sind, einen Teil der Steuerungslogik für die Robotersteuerung auf einen entfernten Computer auszulagern, wird die benötigte Zeit erfasst, bis die Antwort des Roboters auf einen Steuerbefehl beim Benutzer eingetroffen ist.

Glaß, Christin;
Bestimmung von optischen Eigenschaften an Trommelfellen. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Motivation: Die Reflexionseigenschaften des Trommelfells sind für Diagnose- und Therapiemöglichkeiten, basierend auf optischen Messverfahren, von großer Bedeutung. So ermöglicht es zum Beispiel die Laser-Doppler-Vibrometrie das Schwingungsverhalten des Trommelfells anhand des Reflexionssignals zu analysieren. Für eine hohe Empfindlichkeit dieses Messverfahrens wird ein großer Reflexionsgrad der zu untersuchenden Struktur gefordert. Um die geeignetsten Wellenlängen, die diese Anforderungen erfüllen, zu finden, ist die Untersuchung des Reflexionsspektrums des Trommelfells notwendig. In dieser Arbeit wurden Grundlagen zur Aufnahme des trommelfellspezifischen Reflexionsspektrums für in vitro Messungen im Spektralbereich von 500 nm bis 1200 nm erarbeitet. Methoden/Material: Der Messaufbau bestand aus einer Halogenlichtquelle, deren Strahlung mittels einer Lichtleitfaser (in Y-Form) auf das Probenmaterial geleitet wurde. Der vom Material reflektierte Lichtanteil wurde über die Lichtleitfaser zum Spektrometer geführt und ausgewertet. Die Aufnahme des Reflexionsspektrums erfolgte für die Materialien Samt (schwarz), Papier und die Schalenhaut eines Hühnereis. Des Weiteren wurde das Spektrum eines getrockneten Trommelfellpräparates zu Orientierungszwecken aufgenommen. Diese Messreihen dienten der Eignungsprüfung des Messaufbaus. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen für alle Materialien, außer dem Trommelfellpräparat, einen deutlichen Anstieg der Reflexion im nahen Infrarotbereich und mehr oder weniger stark ausgeprägte Reflexionsmaxima vor allem für die Schalenhaut (bei 825, 925, 1012 und 1068 nm) und das Trommelfellpräparat (bei 833, 882 und 1068 nm). Anhand der Orientierungsmessungen am Trommelfellpräparat und den Ergebnissen der Schalenhaut als Modellgewebe sind kleine Reflexionsgrade an feuchten bzw. gefrorenen Trommelfellpräparaten absehbar. Diskussion: Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden die Grundlagen für in vitro Messungen am Trommelfellpräparat erarbeitet. Die Messmethode zur Aufnahme von Reflexionsspektren kann als geeignet eingestuft werden. Künftige Untersuchungen am Trommelfellpräparat sind vor allem im nahen Infrarotbereich sinnvoll, da dort die Reflexionsmaxima erwartet werden. Ausblick: Bevor weitere Analysen folgen können sind noch Optimierungen bezüglich der Lichteinkopplung und der Lichtleiterspezifikation durchzuführen.

Schomburg, Karsten;
Nutzung der Eigenfrequenzen von Endoprothesen und Operationswerkzeugen zur Optimierung der Im- und Explantation von Endoprothesen. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Eine Endoprothesenentfernung ist notwendig, wenn septische oder aseptische Lockerung auftritt. 2009 wurden 23.000 Hüft- und 11.000 Knieendoprothesen in Deutschland gewechselt. Klassische Methoden, zum Beispiel hämmern, fräsen und meißeln sind nicht schonend zum Knochengewebe und erfordern hohen Kraftaufwand. Um den Entfernungsprozess zu verbessern, wird in dieser Arbeit eine alternative Methode vorgestellt. Es sollen Schwingungen, unter Ausnutzung der Eigenfrequenzen von gelockerter Endoprothese und Operationswerkzeug, angewendet werden, um die Endoprothese zu lösen und zu entfernen. Für die Durchführung von Eigenfrequenzanalysen wurde ein 3D-CAD-Modell einer Endoprothese und eines Operationswerkzeugs erstellt. Um Eigenfrequenzen, Messbereiche und Positionen (Eigenformen der Anordnung) von Sensoren zu bestimmen, wurden verschiedene Randbedingungen simuliert, die verschiedene Lockerungsgrade abbilden. Zur Evaluierung des Modells und der Simulation wurden Vergleichsexperimente durchgeführt. Unter den verschiedenen Randbedingungen wurden Eigenfrequenzen zwischen 29,9 Hz und 1352,5 Hz ermittelt. Die Charakterisierung der Eigenformen zeigten die Positionen von Schwingungsbäuchen und -knoten. Die Simulation der Validierungsanordnung ergab Werte zwischen 70 Hz und 1233,7 Hz. Die Ergebnisse der akustischen Messungen und der Beschleunigungsmessungen lieferten Werte zwischen 50 Hz und 970 Hz. Simulation und Messungen indizieren Eigenfrequenzen in einem vergleichbaren Intervall, weshalb die Simulationsergebnisse gültig sind. Zusammengefasst wurden durch die Eigenfrequenzanalysen Eigenfrequenzen, Sensormessbereiche und Sensorpositionen ermittelt. Für weitere Untersuchungen sollte eine experimentelle Modalanalyse mit entsprechenden Beschleunigungssensoren durchgeführt werden.

Kirchhöfer, Sebastian;
Modifikation des Antriebsstrangs des terrestrischen Roboters RolV. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

Gegenstand dieser Arbeit sind Untersuchungen und Änderungen am Antriebsstrang des terrestrischen, hexapoden Roboters RoLV. Dazu wird ein Teststand konstruiert und in Betrieb genommen, der es ermöglicht die Bodenreaktionskraft sowie die auf den Motor wirkende Beschleunigung während der Bewegung zu messen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden unter Verwendung eines Simulationsmodells nachgiebige Elemente und Komponenten konstruiert, welche in den Antriebsstrang eingebracht werden können. Ziel ist es den Einfluss dieser neuen Komponenten auf die wirkenden Kräfte und Beschleunigungen durch weitere Messungen zu bewerten sowie eine Empfehlung für zukünftige Änderungen am System Antriebsstrang abgeben zu können.

Liebaug, Björn;
Drahtlose Energieversorgung mobiler Robotersysteme mittels Hochfrequenztechnik auf Basis des IEEE 802.15.4 Standards. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Das Erreichen einer Energieautonomie von Robotersystemen erhöht den Lokomotionsspielraum, senkt die Häufigkeit menschlichen Eingreifens und kann somit Betriebskosten reduzieren und die Effizienz steigern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Robotersystem MaTBot untersucht, inwiefern die zur Kommunikation genutzte Funktechnologie Potential zur Energieübertragung besitzt. Um auf die Weiterverwendbarkeit gängiger Kommunikationstechnik für die Energieübertragung zu schließen, wurde das Signalverhalten von XBee-Funkmodulen untersucht. Dabei wurden relevante Parameter und Sendemethoden hinsichtlich des Energiegehalts des Sendesignals betrachtet. Begrenzt durch die maximale Sendeleistung erreichen diese Module eine übertragbare Energie im Bereich weniger Milliwatt. Sie sind somit für die Energieversorgung von Sensoren geeignet, für Robotersysteme reicht diese Energiemenge jedoch nicht aus. Um die theoretische Umsetzbarkeit des Konzepts zu überprüfen wurden im Nahfeld gekoppelte Strahler betrachtet. Mithilfe dieser Anordnung kann die elektromagnetische Strahlenbelastung bei gleichzeitiger Erhöhung der übertragbaren Energiemenge verringert werden. Anhand von Simulationsdaten wurde nachgewiesen, dass geeignete Strahler genügend Energie übertragen können, um den Energiespeicher des Roboters MaTBot in akzeptabler Zeit drahtlos zu laden. Die Umsetzbarkeit wurde durch die Betrachtung einer Vorentwicklung entlang der Richtlinie VDI 2206 beleuchtet. Es konnte gezeigt werden, dass eine drahtlose Energieübertragung für MaTBot mittels Hochfrequenztechnik in ausreichendem Maße möglich ist, kommerzielle Module nach Standard IEEE 802.15.4 ohne weitere Leistungsverstärkung und Maynahmen der Strahlerkopplung jedoch nicht für diese Anwendung geeignet sind.

Metzner, Felix;
Entwicklung eines Implantatsystems zur Versorgung proximaler Femurfrakturen bei osteoporotischem Knochen. - 130 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die proximale Femurfraktur ist eine bei älteren Menschen häufig auftretende Verletzung. Zur Versorgung dieser Fraktur können je nach Allgemeinzustand des Patienten und Zustand des Gelenkes auf endoprothetische oder osteosynthetische Verfahren angewendet werden. Gerade bei letzteren Verfahren stellt die Osteoporose durch die Minderung der Knochensubstanz eine Herausforderung in der Versorgung dieser Fraktur und verlangt nach speziell ausgelegten Implantaten. Im Rahmen dieser Arbeit sollte ein Implantatsystem zur osteosynthetischen Frakturversorgung bei osteoporotischem Knochen entwickelt werden. Das Ziel war die Erstellung konstruktiver Entwürfe möglicher Implantate, sowohl zur intra- als auch zur extramedullären Frakturversorgung. Aus verschiedenen Lösungsansätzen konnten durch eine Bewertung mit Hilfe von Kriterien einer vorher erstellten Anforderungsliste geeignete Ansätze gefunden und in Entwürfe in CATIA V5 umgesetzt werden. Nach einer weiteren Bewertung dieser erfolgte die Umsetzung eines Entwurfes in mögliche intra- und extramedulläre Implantate. Daneben konnte der Einfluss der Augmentation durch eine Versuchsreihe ermittelt und eine für dieses System geeignete Variante ermittelt werden. Das Ergebnis dieser Arbeit sind konstruktive Entwürfe möglicher Implantate sowohl zur intra- als auch zur extramedullären Frakturversorgung. Durch die optional anwendbare Augmentationsschraube ist es möglich, gezielt osteoporotische Frakturen zu versorgen. Die Endgültige Zusammenstellung dieses System gilt es im weiteren Entwicklungsprozess zu bestimmen. Darüber hinaus wurde noch das zur gezielten Applikation von Knochenzement nötige Instrumentarium entwickelt

Adam, Elisabeth;
Methoden zur Analyse massengeometrischer Parameter der menschlichen Ossikel auf Basis hochauflösender CT-Datensätze. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Entwicklung einer Messkette zur automatisierten in vivo-Bestimmung massengeometrischer Parameter der menschlichen Ossikel auf Basis hochaufgelöster Computertomographie (CT)-Datensätze. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahrensweg erstellt und über eine MATLAB®-Implementierung praktisch realisiert. Die Messkette beinhaltet zunächst die Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Datenakquisition. Da die Ortsauflösung klinischer CT-Geräte für eine in vivo-Datenerhebung zu gering ist, wird auf die ex vivo-Datenerhebung an humanen Felsenbeinpräparaten mittels Mikro-CT-Technik ([my]CT) ausgewichen. In diesem Rahmen werden Aufnahmeparameter für den Erhalt geeigneter Datensätze festgelegt. Es folgt eine Vorstellung möglicher Rekonstruktionsebenen für die erhobenen [my]CT-Daten und die Bestimmung eines für die Weiterverarbeitung der Daten geeigneten Speicherstandards. Anschließend werden die Ossikelstrukturen über Konturierung und Segmentierung aus den rekonstruierten Datensätzen extrahiert und separat weiterverarbeitet. Im Rahmen dessen erfolgt die Erstellung eines Volumendatensatzes für jeden Ossikel. Da dieser Volumendatensatz eine starke Abhängigkeit von der Qualität der Segmentierung aufweist, wird er nicht direkt zur Bestimmung der massengeometrischen Parameter herangezogen. Stattdessen wird die Volumenmodellerstellung über den Umweg einer Oberflächenmodellbildung aus den segmentierten Volumendaten durchgeführt. Das Oberflächenmodell wird im Zuge dessen über Ray Intersection in ein diskretisiertes Volumenmodell gewandelt. Anhand des Volumenmodells werden die Massenmittelpunkte sowie Hauptträgheitsmomente und -achsen für die einzelnen Ossikel ermittelt. Dabei wird eine homogene Dichteverteilung angenommen. Mit der entwickelten Messkette ist eine in vivo-Bestimmung patientenspezifischer massengeometrischer Eigenschaften nicht möglich. Es können demnach auch keine direkten Informationen für ein besseres patientenindividuelles Verständnis der Ossikelkette und einen daran angepassten Prothesenentwurf gewonnen werden. Um dennoch einen klinischen Nutzen der Messkette zu ermöglichen, wird diese um eine teilautomatisierte geometrische Vermessung der Ossikel erweitert. Über die Erweiterung kann mit der Messkette eine statistische Erhebung zur Streubreitenvariation massengeometrischer und geometrischer Parameter auf Basis humaner Felsenbeinpräparate erfolgen. Aufbauend auf den erhaltenen Daten können statistische Modelle der Ossikel erstellt werden. Mit diesen kann wiederum die patientenindividuelle Ausrichtung der Ossikel in der Paukenhöhle festgestellt werden. Im Rahmen dessen müssen die erstellten Modelle über Registrierung in klinisch akquirierten, hochaufgelösten CT-Datensätzen ausgerichtet werden. Basierend auf den so erhaltenen Daten kann in späteren Arbeiten ein Vergleich zwischen Simulation und Messung der Schallübertragung durch das Mittelohr durchgeführt werden. Außerdem können Anhaltspunkte für ein patientenspezifisches Prothesendesign gewonnen werden.

Haase, Monika;
Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung der Biegesteifigkeit carpaler Vibrissen von Ratten (Rattus norvegicus). - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Zur Orientierung in dunkler Umgebung finden sich bei vielen Säugetieren sogenannte Vibrissen. Diese taktilen Sinneshaare sind bei fast allen Nagetieren vorhanden, wie auch bei Ratten. Die Implementierung des biologischen Vorbildes in die Technik ermöglicht auch Maschinen das Erkennen und Analysieren einer unbekannten Umgebung. Grundlage für die Anwendung in der Technik ist die strukturelle und funktionelle Analyse des biologischen Materials. Aktuelle Studien beschäftigen sich mit der Analyse der mystacialen Vibrissen, der Tasthaare in der Schnauzenregion der Ratte. In dieser Arbeit werden Tasthaare der Vorderextremitäten von Ratten untersucht, sogenannte carpale Vibrissen. Um aus den ermittelten Eigenschaften auf ein ähnlichen oder gleiches Verhalten und somit auf gleiche Funktionalität wie der Vibrissen aus der Schnauzenregion schließen zu können. In Vorbereitung auf die Messungen wurden verschiedene Möglichkeiten der Vibrissenfixierung betrachtet, die eine reproduzierbare und zerstörungsfreie Untersuchung ermöglichen. Nach der Konstruktion und Fertigung der optimalen Fixierung wurden einzelne carpale Vibrissen im Messgerät Basalt Must der Firma Tetra GmbH Ilmenau vermessen. Ermittelt wurden die Biegesteifigkeit und die Biegelinien der carpalen Vibrissen von zwei Ratten. Aus diesen Biegeeigenschaften konnten Rückschlüsse auf die Funktionalität und das Biegeverhalten der Tasthaare geschlossen werden. So zeigte sich anhand theoretischer und praktischer Untersuchungen im Vergleich zu mystacialen Vibrissen ein ähnliches Biegeverhalten der carpalen Vibrissen. Der Unterschied zu den Körperhaaren der Ratte wird verdeutlicht. Für die Orientierung der Ratte sind nach den vorliegenden Ergebnissen nicht nur die mystacialen Vibrissen, sondern auch die carpalen Vibrissen von Bedeutung.

Krauß, Stefanie;
Entwicklung von Systemen zur Handhabung, Lagerung und zum Versand von BioMEMS-Komponenten. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

BioMikroElektroMechanische Systeme (BioMEMS) werden zur Kultivierung, Manipulation und Erforschung von 2D und 3D Zellkulturen eingesetzt. Günstige Startbedingungen für die Zellkultur können durch sog. Scaffolds generiert werden. Dabei kommen z.B. dreidimensionale Gerüste aus Hydrogelen zum Einsatz, die durch 2-Photonen-Polymerisation (2PP) hergestellt werden. Diese werden mithilfe von Trägerelementen (TE) in die BioMEMS integriert. Das Gerüst, in dem später lebende Zellen gezüchtet werden, ist sehr empfindlich. Es darf nach dem Aufbringen auf die BioMEMS-Komponente nicht berührt werden. Aufgrund der speziellen Anforderungen wird deshalb ein System zur Handhabung, Lagerung und zum Versand der Trägerelemente gesucht. Alle Forderungen, die an das zu entwickelnde System gestellt werden, wurden in einem Lastenheft zusammengefasst. Mit Hilfe einer Klassifikation werden neun mögliche Varianten vorgestellt. Nach Auswertung einer Bewertungsmatrix werden zwei Systeme prototypisch umgesetzt. Die "Silikonumschließende-Lösung" und das "Schubkastensystem" werden nach der Fertigstellung verschiedenen Testarten unterzogen und weiterentwickelt.

Helbig, Thomas;
Automatisierte Positionierung von Messpunkten auf menschlichen Trommelfellen. - 168 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

Bei Untersuchungen des menschlichen Ohrs nimmt die Otoskopie eine besondere Stellung ein. Diese stellt die initiale Untersuchungsmethode dar und dient der optischen Kontrolle des Gehörgangs bzw. des Trommelfells. - Im Rahmen dieser Arbeit wird die automatisierte Detektion und Positionierung eines Laserstrahls als Teilaufgabe Laser-Doppler-Vibrometrischer Messungen betrachtet. - Zu diesem Zweck erfolgte die Entwicklung einer Ansteuerschaltung und die Umsetzung verschiedener Funktionalitäten mit Hilfe des Berechnungs- und Simulationswerkzeugs MATLAB. Zur Unterstützung der Positionierung des Laserstrahls wurden Anatomical Landmarks auf dem Trommelfell bestimmt, die zur Orientierung eines Koordinatensystems genutzt werden. Dabei wurde sich auf die Ermittlung des Hammergriffs konzentriert. - Für die Fortführung der Arbeit werden verschiedene Anregungen gegeben, welche zur Verbesserung der Positionierung des Laserstrahls mit dem gegebenen Versuchsaufbau sowie zur genaueren Ermittlung von Anatomical Landmarks genutzt werden können.

Möller, Michael;
Entwicklung und Erprobung von Lösungsansätzen zur Prozessüberwachung bei der Herstellung von Sprühgranulaten mittels NIR-Spektroskopie. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Die Überwachung des Wassergehaltes der Hefegranulate ist bei der Sprühgranulation für einen stabilen Produktionsprozess und für die Qualitätsbeurteilung von zentraler Bedeutung. Für die Ermittlung des Wassergehaltes wurde ein Messsystem auf Grundlage der NIRS entwickelt und erprobt. Ein praxisbezogener Test an einer Sprühgranulationsanlage zeigte die Funktionsfähigkeit des Messsystems für die zuverlässige Ermittlung des Wassergehaltes.

Teichman, Caecilie; von
Einsatz von Multilumenschläuchen zur Generierung von segmentierten Schlauchströmungen. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Diese Arbeit verfolgt zwei Ziele. Zum einen soll die Literatur zur Tropfenbasierten Mikrofluidik mit dem Schwerpunkt Segmentierte Strömungen systematisch aufgearbeitet werden. Zum anderen sollen die theoretischen Erkenntnisse durch den Aufbau eines mikrofluidischen Systems mit Multilumenschläuchen praktisch ergänzt werden, welches dann als Grundlage für weitere Untersuchungen dienen kann. - Bei der Untersuchung der Literatur gilt es zunächst, die verschiedenen Formen der Tropfenbasierten Mikrofluidik zu beschreiben (Digitale Mikrofluidik, Diskrete Mikrofluidik, Segmentierte Strömungen) und voneinander abzugrenzen. Anschließend wird die Segmentierte Mikrofluidik genauer untersucht, wobei festgestellt wird, dass die am häufigsten verwendete Form zur Tropfenerzeugung das T-Stück ist, jedoch auch Geometrien zur Strömungsfokussierung ebenfalls oft verwendet werden. - In einer Expertenrunde werden die Ergebnisse ausgewertet und geeignete Designs für den zu Mikrofluidikchip ausgewählt. Dabei ist festzustellen, dass es nicht möglich ist, ein optimales Design auswählen, so dass verschiedene Designs in Auftrag gegeben werden. Parallel zur Chipfertigung werden erste Experimente durchgeführt, um das Aufschmelzen eines Multilumenschlauchs auf eine Black Silicon-Oberfläche zu erlernen. - Leider war es aufgrund von Problemen bei der Chipfertigung nicht möglich, die Chips im Zeitrahmen dieser Diplomarbeit zu testen, so dass die Abschluss-Experimente nur theoretisch geplant werden konnten.

Schneider, Christian;
Aufbau eines detaillierten Modells der Halswirbelsäule für das FE-Menschmodell CASIMIR. - 112 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

Ganzkörperschwingungen können Gesundheitsschädigungen hervorrufen. Auf Grundlage eines in [7] und [42] vorgestellten FE-Modells sollen Untersuchungen der Wirbelsäule im lumbalen Bereich ermöglicht werden. Die Erweiterung dieses Modells um die zervikale Wirbelsäule begründet sich in epidemiologischen Untersuchungen, welche einen Zusammenhang zwischen Beschwerden im Nacken-Schulter-Bereich und Vibrationen aufweisen. Auch die große Beweglichkeit des Halses im Vergleich zur übrigen Wirbelsäule dient als Indiz für die Vermutung erhöhter Beanspruchungen unter externer Anregung. Zur Erarbeitung der geometrischen Abmessungen und der Materialeigenschaften im HWS-Bereich, werden im ersten Abschnitt dieser Arbeit anatomische Betrachtungen durchgeführt. Darauf aufbauend folgt, im zweiten Abschnitt die Erstellung eines detaillierten Submodells der HWS. Anschließend werden die erarbeiteten Ergebnisse des Submodells in Gegenüberstellung zu Messdaten statisch validiert. Validierungsgrundlage bilden Messdaten unterschiedlicher Versuche mit Leichenteilen. Der dritte Abschnitt dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Modellkondensation. Hierbei wird das detaillierte Submodell abstrahiert um die im Modell vorhandenen Freiheitsgrade zu reduzieren. Anschließend wird das Submodell in das bestehende Ganzkörpermodell implementiert und validiert. Grundlage der Validierung bildet hierbei, das Verhalten im Vergleich zum ursprünglichen Ganzkörpermodell und Daten von Übertragungsfunktionen aus Messungen am lebenden Objekt. Abschließend werden Aussagen zur Nutzung für die Risikoabschätzung und ein Ausblick für eine mögliche Nutzungen des Modells gegeben.

Schneider, Jan;
Bildverarbeitung für Biomikrosysteme. - 126 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Die vorliegende Diplomarbeit thematisiert die Entwicklung einer Bildverarbeitung mit der visuellen Programmiersprache G von NI LabVIEW TM im Rahmen des Projektes Standardisierte mikrosystemtechnische Umgebung zur Charakterisierung von 3D-ECM-analogen Biointerfaces (Förderung durch das Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur unter der Nummer B514-06016). Schwerpunkt von 3D-ECM ist die Entwicklung eines mikrosystembasierten Kultivierungs- und Handlingsystems für die Zellkultivierung und das Zellmonitoring im Bereich des scaffoldbasierten Tissue Engineering. Aufgrund von systembedingten Parametern des vorhandenen Mikroskops, das in diesem Zusammenhang als Beobachtungseinheit fungiert, gibt es jedoch Einschränkungen bezüglich der Zellbeobachtung und der Regelung des Handlingsystems. Aufgabe des entwickelten Programms ist daher diese Einschränkungen über bildverarbeitende Verfahren zu lösen. Hierfür wird eine Programmarchitektur in LabVIEW TM vorgestellt, die einen komplexen und dynamischen Ablauf unterstützt, parallele Abarbeitung verschiedener Prozesse ermöglicht und in Hinblick auf zukünftige Weiterentwicklungen leicht erweiterbar ist. Problematisch erweist sich die geringe Schärfentiefe des optischen Systems. Teilaufgabe ist daher die Umsetzung eines automatischen Autofokus, der zum einen die Betrachtung der dreidimensional ausgeprägten Strukturen im Mikrosystem vereinfachen soll, sowie die Detektion von Handlingwerkzeugen unterstützt. Des Weiteren wird ein Verfahren aus dem Bereich des Fokus-Stacking vorgestellt, das die rechentechnische Erweiterung der Schärfentiefe des Mikroskops ermöglicht. Methoden zur Referenzierung eines Koordinatensystems anhand im Mikrosystem befindlicher Marker werden diskutiert.

Kamgaing Kamdem, Serge Narcisse;
Konzeption und Realisierung einer Überwachungseinheit für Mikrozellkultivierungssysteme. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011

Unter Zellkultur versteht man die Kultivierung von Mikroorganismen außerhalb eines Organismus unter kontrollierten Bedingungen. Die Zellkultur wird für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Zum Beispiel bei der Krebstherapie, zur Behandlung von Leukämie-Patienten oder auch zur Herstellung von Impfstoffen. Zellkultivierung erfolgt herkömmlich in Petrischalen in speziellen Inkubatoren. Aufgrund des ständig wachsenden Einsatzes technischer Hilfsmittel zur besseren Handhabung und Kontrolle der kultivierten Zellen, werden heutzutage auch Mikrosysteme zur Zellkultivierung eingesetzt. Da Zellen sehr empfindlich sind, werden hohe Anforderungen an alle Geräte und Systeme gestellt, die an der Kultivierung beteiligt sind. Für eine effektive Kultivierung von Zellen in Mikrosystemen wurde an dem Fachgebiet Biomechatronik der Technischen Universität Ilmenau ein komplexer Aufbau mit den dazugehörigen Systemkomponenten, einer Beobachtungseinheit, einer Versorgungseinheit und einer Manipulationseinheit realisiert. Aufgrund des bei Einsatz des jetzigen Aufbaus unzureichenden Feedbacks an Nutzer über den Zustand des Systems und der Zellen, befasst sich diese Arbeit mit der Konzeption und Realisierung einer Überwachungseinheit für das existierende Mikrozellkultivierungssystem. Diese Überwachungseinheit wird unter NI LabView® programmiert und sollte die Funktionszuverlässigkeit und die Betriebssicherheit der Systemkomponenten für eine reibungslose Zellkultivierung erhöhen. Die Überwachungseinheit besteht im Einzelnen aus einer Temperatur- und Drucküberwachung, eine optischen Überwachung, einer Pumpenüberwachung und einer Überwachung der Mikromanipulatoren.

Atallah, Richard;
Entwicklung eines Systems zur automatischen Steuerung und Maximierung des Substitutionsflusses bei einer Hämodiafiltrationsbehandlung. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010

Die Substitutionsrate bei der Hämodiafiltrationsbehandlung, einem Verfahren der extrakorporalen Blutreinigung, ist der entscheidende Parameter, der die Effizienz der Behandlung bestimmt. Bei diesem Verfahren wird dem Blut eine hohe Menge anWasser durch Konvektion im Dialysator entzogen. Diese Menge wird venös oder arteriell substituiert. Es ist gewünscht, dass man hohe Substitutionsraten erreicht, um die Reinigungsleistung der Dialyse zu steigern. Die beliebige Erhöhung dieser Rate kann aber kontraproduktiv wirken und senkt damit die Dialyseeffizienz. Die mittelmolekulare Clearance steigt nämlich zuerst mit steigendem Substitutionsfluss und bleibt ab einem bestimmten Fluss nahezu konstant. Diese Arbeit widmet sich der Entwicklung eines Systems zur automatischen Anpassung der optimalen Substitutionsrate. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der entscheidenden Parameter, die direkt oder indirekt von der Änderung der Substitutionsrate betroffen sind. Diese Untersuchung kann uns zur automatischen Anpassung der Substitutionsrate in Abhängigkeit von den von der Dialysemaschine gemessenen Parametern führen. Dafür wurden Patientendaten aus verschiedenen Kliniken gesammelt und die wichtigen Parameter auf ihr Verhalten während der Dialysetherapie erforscht. Es wurden dazu mehrere in-vitro Messungen durchgeführt und die Abhängigkeit der in Frage kommenden Parameter von der Substitutionsrate analysiert. Es wurden zum Schluss zwei Konzepte zur optimalen Steuerung des Substitutionsflusses und zur Regelung des am stärksten von der Substitutionsrate betroffenen Parameters modelliert.

Schönekäs, Jens;
Vorschläge für konstruktive Änderungen von technischen Gleitlagern unter Einbeziehung von Erkenntnissen über die funktionelle Morphologie biologischer Gelenk- (Knorpel-) Strukturen wie dem menschlichen Hüftgelenk. - 110 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Konzeption und Entwicklung eines durch die Natur inspirierten technischen Gleitlagers. Aufgrund ihrer Funktionsweise haben konventionelle Gleitlager einen relativ engbemessenen Variationsbereich in Bezug auf die technisch relevanten Parameter. Fertigungsbedingte geometrische Formabweichungen der korrespondierenden Lagerkomponenten und der in Kausalität stehende Verschleiß reduzieren die Standfestigkeit des Gleitlagers. Dem gegenüber stehen biologische Gelenk- sowie Knorpelstrukturen. Das natürliche Prinzip belegt eine für die Gesamtfunktion erforderliche Notwendigkeit der vom mathematischen Ideal der Grundkörper abweichenden Geometrie. Die konstruktionskritische Untersuchung konventioneller Gleitlager und die Betrachtung natürlicher Gelenksysteme bilden die Grundlage der Synthese im Entwicklungsprozess. Das Ziel ergibt sich aus der technischen Gestaltung einer Gleitlagerbaugruppe, bei dem eine tolerante Gesamtstruktur eine optimierte Funktionsweise, hinsichtlich der Reduktion der Reibung und Verminderung des Verschleißes, ermöglicht. Die in der Arbeit dargelegte Lösungsvielfalt konnte durch gezielte Einschränkung der Rahmenbedingungen begrenzt werden. Der Entwicklungsprozess beinhaltet eine systematische Analyse und Beurteilung der Funktionsweise einer Lösungsvariante, durch einen aufgabenspezifisch angepassten Versuchsaufbaus. Ein, nach dem hydrodynamischen Prinzip, konventionell aufgebautes Gleitlager dient als Referenz.

Eisold, René;
Teilautonomes Klettern eines modularen Kletterroboters. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung der Steuerung eines modularen Kletterroboters. Ziel war es ein Konzept zu entwerfen, welches den autonomen Klettervorgang mit verschiedenen Bewegungsmustern unter sich ändernden Klettersubstrat-Eigenschaften ermöglicht. Anhand einer ausgewählten Roboterkonfiguration wurde ein auf Bewegungsprimitiven beruhendes Konzept vorgestellt. Die hierfür notwendige Sensorik wurde ausgewählt und am Roboter integriert. Da die Elektronik des Roboters, ein verteiltes Microcontrollersystem, eine Neuentwicklung war, mussten zunächst Konzepte zur Aufgabenverteilung und Prozesssychronisation entworfen werden. Auf dieser Grundlage wurde das Steuerungskonzept auf der Roboterelektronik implementiert. Eine entworfene PC-Anwendung dient als Software-Schnittstelle zur Steuerung. Der Funktionsnachweis der Steuerung erfolgte in zwei Schritten. Zunächst wurde untersucht, ob der geforderte Funktionsumfang unter Standardbedingungen erreicht wurde. Im Anschluss wurden die Eigenschaften des Klettersubstrates verändert um zu testen, in welchem Terrain der Roboter agieren kann.

Schaab, Sabrina;
Konzeptbildung und Erprobung von Methoden zur Aufprägung mechanischer Reize auf Zellen in Biomikrosystemen. - 156 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2010

Die Erfahrungen in der Versorgung von Knochenfrakturen hat Mediziner gelehrt, dass eine Versteifung der Frakturfragmente den Heilungsverlauf verzögert. Werden die Zellen in der Frakturzone hingegen definierten mechanischen Belastungen ausgesetzt, heilt die Fraktur schneller aus. Um die dabei ablaufenden Prozesse besser verstehen zu können, haben Wissenschaftler der Technischen Universität Ilmenau ein System zur Kultivierung und Manipulation von Zellen entwickelt. Hiermit versuchen sie, die Belastungssituation, denen Zellen in der Frakturzone eines gebrochenen Knochens ausgesetzt sind, in vitro nachzubilden. Dabei erweist sich die Applikation mechanischer Reize als unabdingbar. Aus diesem Grund ist die zum Mikrosystem gehörende Manipulationseinheit in der vorliegenden Masterarbeit zu einer Stimulationseinheit erweitert worden. Mit dieser Anordnung wird es möglich, Druckkräfte durch Verformung auf im Mikrosystem kultivierte Zellen aufzuprägen und damit für deren mechanische Belastung zu sorgen. Dies haben sowohl die im Vorfeld der praktischen Umsetzung durchgeführten Simulationen als auch die durchgeführten Messungen ergeben. Des Weiteren sind Vorschläge zum Aufbau von Versuchen mit der Stimulationseinheit, die die Grundlage für künftige Fragestellungen bieten, unterbreitet worden.

Fremerey, Max;
Entwicklung eines passiven, adhäsionsbasierten Haftsystems für die Kletterrobotik. - 124 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Mit der zunehmenden Automatisierung der menschlichen Umgebung gewinnen vielseitig einsetzbare Roboter an Bedeutung. Hierbei bietet insbesondere die modulare Robotik praktikable Lösungen mit großem Nutzungspotenzial an. Zur Untersuchung der Möglichkeiten der Einsetzbarkeit von modularen Kletterrobotern ist die CREST Familie entwickelt worden. Die Roboter bestehen dabei aus einer die Kletterbewegung erzeugenden Grundstruktur und den mit dem jeweilig gewünschten Substrat interagierenden Effektormodulen. Zur Erweiterung des modularen Baukastens der Effektormodule setzt die vorliegende Arbeit ein auf Adhäsion und passiver Saugwirkung basierendes Haftmodul um. Die Konzeption erfolgt dabei auf Basis der biologischen Grundlagen der adhäsiven Haftung, sowie dem aktuellen Stand in der adhäsiven Kletterrobotertechnik. Durchgeführte Betrachtungen von wichtigen Phasen innerhalb des Zyklus des Kletterns bilden dabei die Grundlage für innerhalb der Arbeit entwickelte mathematische Modelle. Diese Modelle schätzen zum einen die erforderliche Haftkraft in Abhängigkeit der Robotergestalt ab, zum einen ermöglichen sie Aussagen hinsichtlich des Ablösens von adhäsiven Strukturen von starren Substraten. Zur Gewinnung von Vergleichsdaten für die theoretisch ermittelte Haftkraft werden desweiteren verschieden Haftstrukturen gefertigt und qualitativ vermessen. Die sich an die Konzeption anschließende Konstruktion basiert auf der VDI 2206 für mechatronische Entwicklungen. Tests bestätigen dabei die Funktion des adhäsiven Haftmoduls.

Geißler, Silke;
Entwicklung eines ergonomischen Bremssystems für Kinderrollatoren. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Bremssysteme von Kinderrollatoren sind nicht kindgerecht ausgelegt. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines ergonomischen Bremssystems für Kinderrollatoren. Durch Optimierung der Fahrbremse und Entwicklung einer separaten Feststellbremse wurde dieses Ziel erreicht.

Weidermann, Christian;
Untersuchungen zur Traumatogenese der Hand beim Schließen von Türseitenscheiben im Kraftfahrzeug und konsekutive Entwicklung eines biomimetischen, funktionalisierten Prüfkörpers zur Validierung der Überschusskraftbegrenzung. - 231 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Elektronikfensterheber gehören zur Basisausstattung moderner Kraftfahrzeuge. Durch die Automatikfunktion tippt der Anwender den Schalter einmal an und die Scheibe schließt automatisch. Mit dem Komfort steigt die Gefahr von Unfällen, weil sich Fahrzeuginsassen im Scherspalt zwischen Dichtung und Scheibenoberkante einklemmen und verletzen können. - Die Inbetriebnahme fremdkraftbetriebener Scheibenschließanlagen ist in der EU-Richtlinie 74/60/EWG geregelt, jedoch zeigt die Zahl der Verletzungen, dass die aktuellen gesetzlichen Richtlinien keinen verlässlichen Schutz für die Fahrzeuginsassen bieten. Die Regelungen sind oberflächlich und beschränken sich auf einen Spezialfall. Bisher sind lediglich Maßnahmen zur Prävention tödlicher Verletzungen durch Strangulation beschrieben. Ein Schutz für Hand und Finger, speziell bei Kindern, ist nicht definiert, wodurch es immer wieder zu Verletzungen dieser Körperteile durch elektrische Fensterheber kommt. Am häufigsten sind die Finger von Quetschverletzungen betroffen, die bei Kindern besonders schwer ausfallen können. Dabei widerrum ist das Fingergrundglied der am häufigsten betroffene Bereich des Fingers. Die Verletzungsgefahr hängt von vielen Einflussgrößen ab. Die Haupteinflussfaktoren sind die übertragene Energie, das eingeklemmte Körperteil mit seinen spezifischen mechanischen Eigenschaften,insbesondere die Federrate und das Dichtungsdesign. Die Untersuchung verschiedener Türkonstruktionen bezüglich der auftretenden Beanspruchungen am eingeklemmten Objekt und damit ihres Gefahrenpotentials hat ergeben, dass zwei Ebenen die Beanspruchungsart während des Einklemmvorgangs maßgeblich beeinflussen. In der y-z-Ebene (Querschnitt) konnten drei signifikante Dichtungsdesigns (Dichtungskategorie A bis C) ermittelt werden, wobei deren Gefahrenpotential von A nach C abnimmt. In der x-z-Ebene (Seitenansicht) konnten an allen untersuchten Türen drei markante Zonen (I-III) festgestellt werden, in denen, auf Grund der schiefen Krafteinleitung, unterschiedliche Beanspruchungsarten auftreten und es folglich zu unterschiedlichen Schädigungsmechanismen kommt. Die x-z-Ebene bestimmt maßgeblich die Beanspruchungsart. Positiv aufgefallen sind in der Untersuchung die Gummielemente und Luftpolster in den Dichtungen. Im Rahmen der Einklemmschutzapplikation und der Überprüfung der Wirksamkeit der Schließkraftbegrenzung werden verschiedene Messungen durchgeführt, um die Einhaltung der gesetzlichen Regelungen zu gewährleisten. Die Eigenschaften der Messgeräte und der Testobjekte unterscheiden sich grundlegend von den Eigenschaften eines realen Fingers und sind eine starke Abstraktion der Realität. Vor allem die Validierung der Überschusskraftbegrenzung mit Hilfe eines zylindrischen Stahlstabes (Durchmesser 4 Millimeter) und die Messung der Schließkraft selbst ist suboptimal und es besteht die Notwendigkeit eines neuen biomimetischen Prüfkörpers. Der neue Prüfkörper wird konsekutiv zu den Untersuchungen entwickelt. Der erste Prototyp beweist, dass das resistive Messverfahren mittels Quantum Tunneling Composite funktioniert und das Potential zur Weiterentwicklung vorhanden ist. Der neue Prüfkörper ermöglicht die Indikation von Quetschwirkungen auf das Fingergrundglied, in dem die Normalkraftkomponente messtechnisch erfasst wird. Dabei nähert sich der Prüfkörper über einen mehrschichtigen Aufbau an die Eigenschaften des natürlichen Vorbildes an. Das neue Messinstrument ist eine Verbesserung im Vergleich zu den mechanischen Eigenschaften des Stahlstabes. Der Prüfkörper bildet die Realität besser ab und macht den Einklemmschutz robuster. Die Applikation des Systems ist folglich besser, die Qualität der Schließkraftbegrenzung wird erhöht und das Verletzungsrisiko reduziert.

Schwintek, Sebastian;
Bewegliche Rumpfkonstruktion für ein mobiles Robotersystem. - 110 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Aktuelle Robotersysteme verfügen über eine starre Rumpfkonstruktion, während Bewegungssysteme in der Natur oft sehr flexibel sind. Bei Insekten wird eine Nickbewegung zum Energie effizienten und sicheren Überwinden von Hindernissen genutzt. Die Rumpfbewegung bei Säugetieren trägt sogar mit bis zu 30% zur Fortbewegung bei. Der hexapode Roboter RoLV ist nach dem Prinzip der Rolling Legs aufgebaut. Ziel dieser Diplomarbeit ist eine Erweiterung des Rumpfes, mit der sinnvolle Freiheitsgrade erlaubt werden sollen. Zur Lösung des Problems wurde die Vorgehensweise nach VDI 2206 gewählt und ein Vergleich der Bewegungen bei schon bestehenden Robotersystemen vorgenommen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs flossen in die Entscheidung für die Freiheitsgrade ein. Im Ergebnis konnte ein detaillierter Entwurf eines Rumpfes mit zwei Freiheitsgraden erstellt werden. Ein Gelenk erlaubt eine Rollbewegung zwischen den Körpersegmenten des Roboters, um eine bessere Adaption an den Untergrund in unebenem Terrain zu erhalten. Der andere Freiheitsgrad befähigt den Roboter zum Anheben des ersten Segmentes, womit die Leistungsfähigkeit beim Überwinden von Hindernissen gesteigert wird. Mit dem Einbau von Nachgiebigkeiten in die Konstruktion konnten weitere Vorteile erreicht werden. Mit der Lösung konnten die angestrebten Verbesserungen umgesetzt werden. Daneben bildet der Rumpf eine gute Basis für den Einsatz als Experimentierplattform.

Harms, Andreas;
Entwicklung einer Elektrode für ein modulares aktives EMG-System. - 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

In der Bionics-Gruppe des Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt werden unter Anderem die Steifigkeiten des menschlichen Arms zur Verbesserung von Robotern untersucht. Um den muskulären Einfluss bei Belastung oder Bewegung zu erfassen, wird ein System benötigt, dass eine hochauflösende Erfassung der Muskelaktivität über die Körperoberfläche ermöglicht. Als weitere Anwendung ist die Steuerung mechatronischer Systeme wie Prothesen oder Roboterarme geplant, so dass eine langfristige Applikation berücksichtigt werden soll. Die Aufgabe der Diplomarbeit bestand darin, eine Elektrode für ein zukünftiges modulares System zu entwickeln, dass eine höhere Auflösung als kommerzielle Elektroden mit einem fixen Elektrodenabstand sowie eine einfache Applikation für lange Zeiträume ermöglicht. Bei der Erfassung elektromyografischer Signale über die Körperoberfläche stellt die Haut eine elektrische Barriere dar. In der klinischen Praxis bedient man sich abrasiver Hautvorbereitung, sowie der Anwendung von Leitgelen, die durch Diffusion die Übergangsimpedanz der Haut senken. Jedoch sind die Vorbereitungen zeitaufwändig und unangenehm. Leitgele trocknen aus, und der Kleber, mit der die Elektroden auf der Haut fixiert werden, reizt die Haut. Mittels mikrostrukturierten Nadeln, die in das \textit{Stratum corneum} eindringen, lässt sich die Übergangsimpedanz der Haut drastisch verringern, so dass auf Hautvorbereitung und Leitgel verzichtet werden kann. Zudem wird die Zeit von der Applikation bis zur Signalverfügbarkeit verringert, da auch Diffusionsprozesse von Transpirationsflüssigkeit in die trockenen Hautschichten, wie sie bei Oberflächenelektroden ohne Leitgel notwendig ist, wegfallen. Ausgehend von dem Konzept zur Integration vieler kleiner Elektroden in eine biegsame Leiterbahnstruktur wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode entwickelt, die sich aus zwei Komponenten zusammensetzt. Die Nadelstruktur zur Penetration des \textit{Stratum corneums} wird in einem dreiteiligen Ätzprozess aus Silicium herausgearbeitet. Für die Kontaktierung mit der Elektronik, die parallel am DLR entwickelt wird, wird der Siliciumchip auf einen Keramikträger aufgebracht und mit einer überlappenden Silberbeschichtung elektrisch kontaktiert. Für eine elektrochemisch stabile Grenzschicht wird diese Oberfläche chloridisiert. Als Ergebnis der Arbeit entstand ein Prototyp einer Elektrode, dessen elektrischen Eigenschaften mit gesinterten Standardelektroden aus Silber-/Silberchlorid vergleichbar sind, auch wenn die Impedanz eine höhere Schwankung mit einem Maximum von ca. 60˜$\Omega$ zwischen 40˜Hz und 50˜Hz aufweist. Durch zukünftige Optimierungen der Fertigungsprozesse sind Elektroden mit einem Außenradius von weniger als 10˜mm zu erwarten, die aufgrund des geringen Übergangswiderstands auch gedämpfte Signale tiefer liegender Muskeln aufzeichnen können und somit die Grundlage für ein System zur hochauflösenden Erfassung des Elektromyogramms legen.

Rau, Thomas S.;
Optimierungspotentiale für das Einwachsverhalten lasttragender Implantate in Knochengewebe : eine strukturierte, biomechanische Analyse regenerativer und adaptiver Fähigkeiten des Knochens. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 200 S., 44,81 MB). - (Berichte aus der Biomechatronik ; 2) : Teilw. zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2005
Parallel als Druckausg. erschienen

Umbauvorgänge im Knochen werden in der Endoprothetik häufig als Störgröße und Hauptursache beschrieben, die zu aseptischen Lockerungen und somit Implantatversagen führen. Dem entgegen ist es Ziel des vorliegenden Buches, die adaptiven und regenerativen Fähigkeiten des Knochens als Potential für die Optimierung lasttragender Implantate darzulegen. Durch die strukturierte Aufbereitung der knocheninternen Gesetzmäßigkeiten - wie reparative Prozesse, adaptive Fähigkeiten, biomechanische und hydrodynamische Gestaltungsmerkmale einschließlich der Mechanismen der Mechanosensorik - werden diese für den konstruktiven Entwicklungsprozess zukünftiger Prothesensysteme zugänglich. Dadurch kann verbesserte knöcherne Integration und dauerhafte Verankerung durch die konsequente Ausnutzung der Dynamik des Knochens realisiert werden. Der darauf aufbauende Optimierungsprozess des Implantatdesigns folgt diesem biologisch-orientierten Ansatz und mündet im beispielhaften Konzept einer hydrodynamischen Hüftendoprothese. Deren Integration in die flüssigkeitsvermittelte Knochenphysiologie stellt eine grundlegende Neuerung in der bionisch inspirierten Endoprothetik dar und soll fehlgeleitete Umbauvorgänge im Knochen vermeiden.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12009

Schröter, Robert;
Ein Beitrag zur softwaregestützen Fehlerkontrolle bei Röntgensystemen. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Durch die zunehmende Globalisierung und dem daraus resultierenden zunehmenden Konkurrenzdruck sehen sich Unternehmen heute einem Wettbewerb ausgesetzt, in dem Produktfehler und deren Beseitigung zu einem erheblichen Imageschaden führen. Daher finden sich in Unternehmen aller Größenordnungen einzelne Mitarbeiter, Gruppen oder ganze Abteilungen, die die hergestellten Produkte testen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Einhaltung von Produkt- und Produktionsspezifikationen, sowie der Produktsicherheit. Dies wird in den einzelnen Stadien der Produktentwicklung fortlaufend überprüft und das Produkt, beziehungsweise die Produktionsparameter, entsprechend angepasst. In dieser Arbeit wird auf ein Teilgebiet dieser Prüfaktivitäten eingegangen, das sich mit der Zuverlässigkeit der Steuersoftware eines Medizinproduktes befasst.

Drescher, Christian;
In-vitro Flexibilitätstestung an humanen funktionellen Wirbelsäulenabschnitten zur Kinematikanalyse und intradiskalen Druckmessung vor und nach Einsatz interspinöser Implantate. - 155 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Neben der traditionellen Versorgung von degenerativen Bandscheibenerkrankungen mittels Spondylodese gewinnen Bewegungserhaltende Methoden immer mehr an Bedeutung. Diese Methoden sind neben der Bandscheibenprothetik sogenannte dynamische Stabilisierungstechniken wie z. B. semirigide Fixateure oder Interspinöse Implantate. Der Vorteil dieser dynamischen Stabilisierungssysteme ist der Erhalt der Bandscheibe, mit dem Ziel die natürliche Kinematik durch Entlastung der geschädigten Struktur wiederherzustellen. In der vorliegenden Arbeit wird eine in vitro Testmethodik zur kinematischen Analyse humaner Wirbelsäulenpräparate entwickelt, welche den Einfluss ausgewählter Interspinöser Implantate auf die Segmentkinematik und das Lastübertragungsverhalten in der Bandscheibe analysiert. In diesem Zusammenhang erfolgt die Bestimmung des Belastungszustandes der Bandscheibe über den intradiskalen Druck. Die verwendeten Messsysteme werden in ihrer Genauigkeit verifiziert, um eine Aussage über die Güte der erhobenen Daten geben zu können. Anschließend wird die Prüfmethodik in Vorversuchen auf ihre Qualität in der praktischen Umsetzung untersucht. Des Weiteren werden Kraft-Verformungs-Kennlinien der ausgewählten Implantatsysteme aufgenommen, um einen Eindruck über die unterschiedlichen Steifigkeiten zu gewinnen. Im Ergebnis wird eine in-vitro Prüfmethode aufgezeigt, welche es dem Anwender ermöglicht, dynamische Implantatsysteme an funktionellen Wirbelsäulenpräparaten auf ihre Wirkungsweise zu untersuchen.

Domhardt, Michael;
Entwicklung eines Bedienkonzeptes für Synthetic-Vision Darstellungen in hochagilen Flugzeugen. - 146 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Seit einigen Jahren werden die Anzeigen von Flugzeugcockpits vermehrt zur Darstellung einer künstlichen Außenansicht genutzt. Diese computergenerierte Abbildung der Realität wird aus Datenbank- und Sensorinformationen erzeugt. Die damit erzeugte Außenansicht kann man in Eigenschaften und Inhalte untergliedern. Sie wird in der zivilen Luftfahrt als primäre Fluganzeige eingesetzt um schwere Unfälle, wie z.B. einen "controlled flight into terrain" oder "runway incursions", zu verhindern. Um den Pilot eines Mehrzweckkampflugzeuges bei der Ausführung von militärischen Mission zu unterstützen, müssen die Eigenschaften einer künstlichen Außenansicht variabel und manipulierbar sein. Um dies zu realisieren wurden im Rahmen von Experteninterviews adäquate Voreinstellungen und Verstellmöglichkeiten der Eigenschaften, wie zum Beispiel das Sicht- oder Fokusfeld, für die Flugphasen "Air-to-Air", "Air-to-Surface" und "Navigation" ermittelt. In der anschließenden Evaluation wurden aus verschiedenen Bedienkonzepten die geeigneten Elementen für einen Konzeptvorschlag extrahiert. Das resultierende Bedienkonzept ermöglicht die intuitive Interaktion mit den Eigenschaften einer künstlichen Außenansicht in hochagilen Flugzeugen.

Leib, Andreas;
Intuitive Steuerung der Fortbewegung eines mobilen Robotersystems. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Ziel der Arbeit war es eine intuitive Steuerung für ein mobiles Robotersystem zu entwickeln. - Dafür wurde als erstes betrachtet, welche Systeme mit ähnlichem mechanischen Aufbau bereits existieren. Hier wurden der Rhex und die Whegs-Serie betrachtet und hinsichtlich ihrer Mechanischen und Steuerungstechnischen Beschaffenheit betrachtet und verglichen. Während der Rhex einen Antrieb für jedes Bein besitzt, nutzt die Whegs-Serie einen Antrieb für alle Beine und regelt die Gangart über die Nachgiebigkeit der Achsen. - Die daraus entstandenen Rückschlüsse flossen in die Steuerung des RoLV ein. Anschließend wurde ein Blick auf den RoLV des Fachgebiets Bieomchatronik geworfen und der Ist-Zustand beleuchtet. - Im nächsten Abschnitt wurde dann ein Blick auf den Stand der Wissenschaft bezüglich der Steuerung von mobilen Robotern gelegt, deren Hauptaugenmerk auf Autonomie liegt. Hier wurde beleuchtet welche Sensoren für einen Roboter sinnvoll erscheinen und diese kurz beschrieben. - Dann wurden die zwei großen Ansätze für Steuerungsarchitekturen, der funktionelle und der reaktive Ansatz vorgestellt. Anschließend wurden die nötigen Komponenten einer Steuerung wie, Navigation, Kartenerstellung, Pfadplanung beschrieben und einige Methoden vorgestellt. - Mit Hilfe dieser Informationen wurde eine Roboterarchitektur erstellt, welche man als "Wunschsystem" bezeichnen könnte. Sie beinhaltet alle Komponenten, die eine Steuerung eines Robotersystems benötigt. Da eine komplette Umsetzung der Steuerung den Rahmen einer Diplomarbeit sprengen würde, wurde es soweit reduziert, dass es mit dem aktuellen Aufbau umsetzbar war. - Auf Basis dieser Architektur wurde ein Steuerkonzept entwickelt, welches es einem Nutzer ermöglicht, dem Roboter direkte Fahrbefehle mittels eines Joysticks zu übertragen. Diese Befehle werden wahlweise direkt als PWM-Steuerung an die Motoren weitergeleitet, oder dienen als Sollwerte für eine Drehzahlregelung. Der Nutzer erhält eine Rückmeldung über die aktuellen Drehzahlen und Winkelpositionen. Zusätzlich stellt die Steuerung einige Zusatzfunktionen wie Anfahren der Home-Position und Gangartwahl bereit.

Apel, Sebastian;
Entwicklung eines elastischen Rumpfelements für einen mobilen Laufroboter. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Das Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung eines beweglichen Rumpfelements für einen mobilen Laufroboter. Bei dem Roboter handelt es sich um den hexapoden Laufroboter RoLV (Rolling- or Rotating Leg Vehicle) der Technischen Universität Ilmenau. Die Nutzung einer so genannten Rotating Leg Konstruktion bietet gegenüber radgetrieben Robotersystemen einen enormen Vorteil in unstrukturiertem Gelände. Diese Vorteile können durch eine bewegliche Rumpfkonstruktion weiter ausgebaut werden. Speziell die Adaption an den Untergrund und die Verringerung auftretender mechanischer Belastungen standen hierbei im Vordergrund. - Die erste Teilaufgabe bestand darin, den Stand der Technik zu ermitteln Dazu wurde eine Recherche im technischen und biologischen Bereich durchgeführt. Die Ergebnisse hierzu waren in beiden Teilgebieten nur unbefriedigend. Festgestellt wurde, dass der Roboter Whegs den Stand der Technik auf diesem Gebiet darstellt. - Um eine Analyse der Bewegungsaufgabe und des Untergrundes durchzuführen, mussten der Roboter und das Gelände entsprechend parametrisiert werden. Das Ergebnis dieser Analyse war die Umsetzung zweier Freiheiten. Eine translatorische Freiheit entlang der x-Achse und eine rotatorische Freiheit um die y-Achse. Zwischen dem vorderen und dem mittleren Seg-ment wurden beide Freiheiten realisiert. Zwischen dem mittleren und dem hinteren Segment wurde nur eine Freiheit, die Translation, umgesetzt. Die konkretisierten Ergebnisse der Analyse wurden in einem Anforderungskatalog zusammengefasst. Weitere Anforderungen, beispielsweise den Bauraum und die Elektronik betreffend, wurden in dem Katalog ebenfalls zusammengetragen. - Die Auswahl eines geeigneten kinematischen Konzepts wurde mit Hilfe verschiedener Hilfsmittel, wie einer Kombinationstabelle und einer kriterienbezogenen Auswahltabelle, durchge-führt. Die Translation wurde mittels einer Gewindespindel umgesetzt. Die Rotation wurde über ein zweistufiges Getriebe, bestehend aus einem Stirnradgetriebe und einem Schneckengetriebe, realisiert. Die auftretende Selbsthemmung war hierbei ein wichtiges Auswahlkriterium. - In der letzten und gleichzeitig aufwendigsten Teilaufgabe wurden die Anforderungen in eine Konstruktion umgesetzt, die eine Verbesserung der Geländegängigkeit von bis zu 325% erbrachte. Hierbei mussten Motoren, Elektronik und Getriebe der unterschiedlichen Baugruppen dimensioniert und in das konstruierte Rumpfelement implementiert werden.

Schneider, Frank Uwe;
Entwicklung und Konstruktion einer Roboterhand nach dem Vorbild der Primaten. - 71 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Die menschliche Hand stellt ein komplexes Greif- und Sinnesorgan dar. Sie ist in der Lage sehr feinfühlige zu agieren, kann aber ebenfalls große Kräfte entwickeln. Ein Großteil der benötigten Antriebes- und Kraftübertragungselemente befinden sich im Unterarm. - Im Rahmen einer vorangegangen Arbeit wurde bereits die Struktur und die Funktion der Hand festgelegt. Basierend auf den daraus getroffenen Anforderungen an die Aktorik, werden in dieser Arbeit geeignete Antriebe aufgezeigt und eine optimale Lösung gefunden. - Die Anforderung einer anthropomorphen Gestalt, hat sowohl die Aktorwahl als auch die Konstruktion der Stütz- und Übertragungsstruktur des Unterarmes und des Handgelenkes maßgeblich beeinflusst. - Mit Hilfe der Konstruktionsunterlagen, die ein Ergebnis dieser Arbeit sind, wurde ein Prototyp gefertigt. Im Rahmen eines Prüfstandes soll mit diesem verschiedene Funktionsparameter überprüft und optimiert, sowie eine Regelung entwickelt werden.

Kleemann, Kilian;
Operationsfeld-Temperaturüberwachung an einem Operationsmikroskop. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

In der vorliegenden Arbeit wird die technische Umsetzung einer berührungslosen Temperaturmessung im Operationsfeld eines Operationsmikroskopes realisiert. Diese Arbeit baut auf den Erkenntnissen von Brune [2006] auf, die die Licht-Gewebe-Wechselwirkungen unter der Beleuchtung eines Operationsmikroskopes untersuchte. Besonders in der Neurochirurgie werden Operationsmikroskope mit hohen Beleuchtungsstärken genutzt, um auch in tiefen Kanälen und an schwer zugänglichen Stellen operieren zu können. Hierbei kommen für die Beleuchtungssysteme üblicherweise Xenonlampen mit einigen hundert Watt Leistung zur Anwendung. Mit dem Einsatz leistungsstarker Leuchtmittel geht aber neben einer hohen Beleuchtungsstärke auch eine hohe Wärmeentwicklung im beleuchteten Operationsfeld - dem Leuchtfeld - einher. So werden auf der Haut des Patienten schnell Temperaturbereiche erreicht, bei denen Verbrennungen nicht ausgeschlossen werden können. Da Wärmestrahlung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, wird eine technische Lösung zur Überwachung der thermischen Belastung des Gewebes unerlässlich. Dabei reicht es nicht aus, durch indirekte Messverfahren auf die Temperatur im Leuchtfeld zu schließen, wie sie von Brune [2006] durch die Messung der Bestrahlungsstärke mit einer Fotodiode durchgeführt wurde. Durch verschiedene Einflussfaktoren kann von dieser Größe nicht auf die entstehenden Temperaturen auf der Haut geschlossen werden. Es ist vielmehr nötig, die Temperatur direkt auf der Hautoberfläche zu messen und bei Überschreitung gefährlicher Werte den Anwender zu warnen. Aus hygienischen und praktischen Gründen kommt dabei nur eine berührungslose Messmethode in Frage, die zudem noch ortsaufgelöst sein muss. In dieser Arbeit werden die möglichen physikalischen Verfahren der berührungslosen Temperaturmessung betrachtet, die Umsetzung über verschiedene technologische Prinzipien diskutiert, und eine Variante als Messsystem technisch umgesetzt. Für die Konzepterstellung werden die nötigen Anforderungen zusammengestellt und das System unter Berücksichtigung verschiedener Gesichtspunkte konstruiert und aufgebaut. In einem Testaufbau wird es auf seine Tauglichkeit hin überprüft und Systemparameter optimiert. Da die Carl Zeiss Surgical GmbH mit der Umsetzung solch eines Messsystems und der Art der Temperaturmessung Neuland betritt, sollen hier vorrangig Erfahrungen im Umgang mit diesem System gesammelt werden. Dieses Wissen kann bei der Entwicklung neuer Operationsmikroskope in Form eines Warnsystems einfließen und den Patienten zukünftig vor Verbrennungen schützen.

Weinmann, Gunther;
Konzeption und Konstruktion des Bewegungsmechanismus für einen Kletterroboter. - 110 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Konzeption und Konstruktion des Bewegungsmechanismus eines Kletterroboters für lineare Strukturen nach dem Vorbild kleiner Wirbeltiere. Abgesehen vom niedrigen Gewicht und den geringen Abmessungen des Roboters stellt vor allem die geforderte Passivität des Bewegungsmechanismus einen erheblichen Innovationsgrad gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik dar. Neben der Präzisierung der allgemeinen Anforderungen und der Ermittlung des zu Verfügung stehenden Bauraums, wird durch eine Analyse der Bewegungsform der minimal notwendige Freiheitsgrad des Bewegungsmechanismus bestimmt. Daraus wird eine breite Anzahl an Strukturvarianten entwickelt, dargestellt und bewertet. Dadurch ist es möglich zielführende technische Prinzipien auszuarbeiten. Dabei zeigt sich das ein passiver Bewegungsmechanismus unter Berücksichtigung der sonstigen Forderungen nur bedingt umsetzbar ist. Innerhalb der Gestaltung der einzelnen Baugruppen des Mechanismus und der Erstellung der kompletten Konstruktionsunterlagen wird auch der funktionelle Zusammenhang zwischen Gesamtmasse und Schrittlänge von Bewegungsmechanismen mit dem Freiheitsgrad 5 ermittelt.

Schmidt, Tobias;
Abhängigkeit transitorisch evozierter otoakustischer Emissionen von der Güte der Sondenanpassung. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Als Nebenprodukt der Verstärkung eines Schallsignals erzeugen die äußeren Haarsinneszellen (outer hair cells, OHC) im Innenohr mechanische Schwingungen, die retrograd in den Gehörgang geleitet werden. Dort können sie mit einem miniaturisierten Sensor als otoakustische Emissionen (OAE) registriert werden. Sie sind Ausdruck der aktiven und nichtlinearen Vorgänge bei der Schallverarbeitung im Innenohr und erlauben die Identifizierung eines Funktionsdefizits der OHC, z.B. bei einer Lärmschädigung des Innenohres (vgl. Hoth & Neumann [1]). - Um die Validität und die intraindividuelle Vergleichbarkeit der OAE-Messungen (z.B. sequenzielle Verlaufskontrollen) zu gewährleisten, ist eine einheitliche, korrekte und stabile Lage der Messsonde notwendig. Oft kann nicht sicher eingeschätzt werden, ob die OAE überhaupt richtig gemessen wurden, da die häufigsten Messfehler bereits bei der Sondenplatzierung entstehen. Die Lage der Messsonde wirkt sich dabei charakteristisch auf die OAE aus. So führen z.B. Variationen in der Distanz zwischen Trommelfell und Sonde zu frequenzabhängigen Veränderungen der passiven Gehörgangsantwort (Stimulus-Echo) und der otoakustischen Emissionen. In einem Ringversuch soll nun der Zusammenhang zwischen der Sondenposition und der gemessenen Emission untersucht werden.

Heinze, Martin;
Aufbau eines Geräts zur Provokation von Kopfbewegungen zur objektiven Bestimmung pathologischer Zustände des Schulter-Hals-Kopf-Systems in Folge eines Schleudertraumas. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Gegenstand dieser Arbeit war der Aufbau eines Messgeräts zur Provokation und Aufnahme von Kopfbewegungen. Mit Hilfe dieses Aufbaus soll ein objektives Diagnoseverfahren entwickelt werden, um pathologische Veränderungen an der Wirbelsäule nach einem Schleudertrauma feststellen zu können. Bisherige Verfahren stützen sich auf Erfahrungswerte, die Messung von Maximalauslenkungen und Projektion in karthesische Ebenen ohne Definition der Messparameter und sind darum weder reproduzierbar noch objektiv. In diesem Projekt soll daher die Betrachtung der Systemantwort im Vordergrund stehen. Zur Lösung der Aufgabe wurden die Messparameter definiert, indem ein Stuhl und eine Gurtung konzipiert und getestet wurden. Die Tests zeigten eine Reduktion der Schulterbeweglichkeit von 60%. Zur Erzeugung eines definierten Eingangssignals muss der Patient zu Bewegungen provoziert werden. Diese Provokation wurde mit einem Raumklangverfahren realisiert und getestet. Die Probanden mussten einer virtuellen Schallquelle mit dem Kopf folgen. Die Verfolgungsfähigkeit war gleichbleibend gut bei allen Zielgeschwindigkeiten in der Vertikalen und Horizontalen. Bei langsamen Geschwindigkeiten traten Antizipationseffekte auf. Die vertikale Zielverfolgung war bei kleinen Auslenkungen schwächer und schien bei bewegten Zielen besser auflösend als bei statischen. Für den realisierten Aufbau wurde die Funktionsfähigkeit nachgewiesen, so dass das Projekt in die nächste Phase gehen kann.

Trommer, Christian;
Entwicklung eines mehrachsigen Hals- Moduls für einen humanoiden Roboter. - 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Gegenstand dieser vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Halsmoduls für einen humanoiden Roboter. Dieser Roboter existiert bereits im DLR Institut für Robotik und Mechatronik unter der Bezeichnung JUSTIN. Ein Anliegen dieser Arbeit ist, die jetzige Pan-Tilt-Einheit, die als Hals dient, durch eine Eigenkonstruktion zu ersetzen, da sie den dynamischen, steuerungstechnischen und visuellen Anforderungen nicht entspricht. Diese Forderungen an die Dynamik und an die Baugröße sind im neuen System zu berücksichtigen. Die Anzahl der zu realisierenden Freiheitsgrade wird durch die Ansprüche der Bildverarbeitung bestimmt. Die Sensorik und Aktorik erfährt eine Anpassung an das verwendete elektronische Bussystem, und ist somit in der kinematischen Kette in Echtzeit steuerbar. - Weiterführend sind verschiedene technische Konzepte für die Konstruktion eines humanoiden Halses entwickelt und zusammengestellt worden.

Spielmann, Christian;
Entwicklung eines Sensors für einen ferrofluidischen Flächenaktor. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Ein Ferrofluid ist eine stabile Dispersionen von nanometergroßen Eisenpartikeln in einer Trägerflüssigkeit, die unter Einwirkung eines Magnetfeldes eine Form- bzw. Lageänderung erfährt. Für einen planaren Versuchsaufbau, mit dem die Eigenschaften des Ferrofluids als Aktormaterial untersucht werden, ist eine elastische Sensorfolie entwickelt worden. Diese hat die Aufgaben, das Ferrofluid räumlich von seiner Umgebung zu trennen und die Position von Druckpunkten zu lokalisieren. Dabei soll der zur Deformierung der Sensorfolie nötige Kraftaufwand möglichst gering gehalten werden. - Die Sensorfolie wurde nach dem diskret-resistiven Sensorprinzip mit elektrisch leitfähigen Elastomerstreifen, welche die Sensorelemente darstellen, aufgebaut. Als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Folie wurde der Silikongummi LSR-5810 der Firma Nusil verwendet. Hochleitfähigkeitsruß Printex XE2 der Firma Degussa AG wurde benutzt, um die Leitfähigkeit dieses Silikongummis zu erhöhen. In Untersuchungen an den Sensorstreifen konnte festgestellt werden, das die viskoelastischen Materialeigenschaften des rußgefüllten Silikons nicht vernachlässigt werden können. Deshalb wurde ein Algorithmus für die Signalverarbeitung entwickelt, der die Widerstandsschwankungen aufgrund des Herstellungsprozesses und der viskoelastischen Materialeigenschaften kompensiert. Der Prototyp der Sensorfolie hat eine Dicke von 1,3 mm und kann einzelne Druckpunkte mit einem Rastermaß von 1 cm sicher erkennen. Die Empfindlichkeit kann dabei über einen Parameter des Signalverarbeitungsprogrammes eingestellt werden. Des weiteren werden Wege aufgezeigt, wie eine Mehrfachdruckpunktbestimmung, eine höhere Auflösung und eine geringere Foliendicke realisiert werden kann.

Saure, Mario;
Erkennung von Müdigkeit anhand von Lidschlagsignalen. - 152 S Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Die Erkennung von Müdigkeit bei Fahrzeugführern ist in den letzten Jahren ein wesentliches Ziel der weltweiten Forschung zur Erhöhung der Verkehrssicherheit. Dabei rückt zunehmend die Detektion des Lidschlagverhaltens in den Mittelpunkt des Interesses. Dieses lässt sich mit Hilfe bildaufnehmender Verfahren berührungslos und damit ohne Behinderung von Fahrzeugführern detektieren. - Ziel dieser Diplomarbeit ist daher die Entwicklung eines Algorithmus zur Detektion von Lidschlagparametern aus einem aus Videoaufnahmen extrahierten Lidspaltsignal. Zuvor sind jedoch auf Basis der physiologischen Parameter der Augen, Anforderungen an die bildverarbeitenden Systeme zu definieren. Auf Grundlage von Videoaufzeichnungen aus einer Simulatorstudie aus dem Jahr 2005 wird dann ein Algorithmus mit Hilfe von Matlab/Simulink entwickelt. Dieser ist anschließend anhand von sechs vorhandener Videoaufnahmen getestet worden, bevor er in eine Programmbibliothek umgesetzt wurde. Die Programmbibliothek wird nachfolgend ebenfalls einem Test mit zehn in einem Versuchsfahrzeug aufgenommenen Videos unterzogen. Beide Validierungen konnten die Tauglichkeit des Detektionsalgorithmus nachweisen. - Abschließend werden auf Basis der durchgeführten Untersuchungen und der Literatur Empfehlungen für eine Müdigkeitsdetektion und die Implementierung des Gesamtsystems in die Fahrzeugumgebung erarbeitet.

Neundorf, Christoph;
Konstruktion einer Belastungsvorrichtung für die Rückenmuskulatur zur Anwendung in Magnetresonanztomografen. - 111 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Erkrankungen der Rückenmuskulatur sind in den industrialisierten Ländern häufig die Ursache für einen Arztbesuch. Um präventiv gegen diese Erkrankungen vorzugehen, müssen die Ursachen für deren Auftreten näher erforscht werden. Erste Versuche zeigten, dass sich mit Hilfe der Phosphormagnetresonanzspektroskopie eine nichtinvasive Messung der auftretenden Muskelkräfte zur Analyse dieser Ursachen möglich ist. - Zur Validierung der Messergebnisse der Phosphormagnetresonanzspektroskopie wurde eine Vorrichtung zur Belastung der Rückenmuskulatur zum Einsatz in Magnetresonanztomographen konstruiert und ein Mess-, sowie Belastungskonzept entwickelt. Die Konstruktion ermöglicht es den Probanden bei der Durchführung einer Übung zur Messung der Ermüdung der Muskulatur mit Hilfe eines pneumatischen Muskels gezielt und definiert zu unterstützen und dadurch die Belastung zu variieren. - Des weiteren wurde im Vorfeld der Konstruktion ein Versuch zur Feststellung der Eignung verschiedener Werkstoffe im Magnetresonanzumfeld vorgenommen. Dabei zeigt sich, dass die ausgewählten metallische Werkstoffe nur bedingt und die getesteten Kunststoffe, Hölzer und Pertinax sich uneingeschränkt für den Einsatz in diesem Umfeld geeignet sind.

Thenert, Alexander;
Entwicklung und Untersuchung von Methoden zur Rekonstruktion von Fußgängerunfällen mit Personenkraftwagen mittels Ganzkörperaufprallsimulation. - 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Fußgängerunfälle besitzen mit ca. 16% in Europa und ca. 13% in Deutschland einen bedeutenden Anteil am Verkehrsunfallgeschehen. Um den Verletzungsschweregrad von Fußgängern bei Fahrzeug-Fußgänger-Kollisionen zu minimieren, wurde kürzlich eine Richtlinie der Europäischen Union zum Fußgängerschutz verabschiedet. Diese beinhaltet die Überprüfung der Fußgängerfreundlichkeit von Fahrzeugfrontstrukturen mittels Impaktorentests. Hierbei werden Prüfkörper von Kopf und Beine auf die Motorhaube bzw. den Stoßfänger geschossen und die auftretenden Belastungswerte beurteilt. Bei der Rekonstruktion von Fußgängerunfällen mit Personenkraftwagen sind die Ergebnisse von Impaktorentests nur begrenzt aussagefähig. Ganzkörperaufpralltests mit Dummys oder Leichen bilden zwar das Unfallgeschehen realistischer ab, sind jedoch aufwendig, teuer bzw. ethisch bedenklich. Für eine detaillierte Rekonstruktion von Fußgängerunfällen kommt daher meist die Ganzkörperaufprallsimulation zum Einsatz. In dieser Arbeit wurden verschiedene Arten von Ganzkörperaufprallsimulationen untersucht und bewertet. Schwerpunkt der Untersuchung bildeten hierbei Ganzkörperaufprallsimulationen unter Nutzung der Simulationssoftware MADYMO. Um den Grad der Validierungsgüte der MADYMO-Fußgängermodelle besser einschätzen zu können, wurde ein Ganzkörperaufprallversuch mit einem PKW und einem Fußgängerdummy (Polar-II) simuliert. Dabei wurde der Polar-II-Dummy durch das MADYMO-Fußgängermodell und das Fahrzeug durch ein detailliertes Finite-Elemente-Modell in LS-DYNA nachgebildet. Unter Berücksichtigung der erzielten Resultate, wurden anschließend zwei reale Fußgängerunfälle in MADYMO 6.2.1 rekonstruiert.

Hayn, Henning;
Machbarkeitsstudien zu integrierten illuminierten Oberflächensystemen für funktionelle und dekorative Oberflächen im Automobil. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

Aufgrund der sich ändernden Wettbewerbsbedingungen auf dem Automobilmarkt nimmt die Bedeutung des Innenraumdesigns permanent zu. Daher müssen neue, innovative Interieurmaterialien, -oberflächen und -komponenten entwickelt werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit beleuchteten Oberflächensystemen in Mehrschichtbauweise. Die Beleuchtung wurde mittels Elektrolumineszenz realisiert. Zunächst wird ein Überblick über die Grundlagen der Elektrolumineszenztechnik gegeben. Es werden die Fertigungsvarianten Indiumzinnoxid-Folie, In-mould-Technologie und Transfertechnik unterschieden. Anschließend wird, als natürliche Analogie zur Elektrolumineszenz, die Biolumineszenz untersucht. Im praktischen Teil wurde die technische Machbarkeit von beleuchteten Oberflächensystemen getestet und bewertet. Dazu wurden Hinterleuchtversuche mit den Materialien Metall, Kohlenstofffasergewebe, Kunststoffvlies und Holz durchgeführt. Die Studien haben gezeigt, dass die Transfertechnik neue Möglichkeiten für die Entwicklung von innovativen beleuchteten Oberflächensystemen bietet. Insbesondere die Hinterleuchtung von Edelhölzern und Textilien hat Potenzial für einen Einsatz im Automobilinterieur.