Adaptive control of vibrissae-like mechanical sensors. - In: Communications in nonlinear science and numerical simulation, ISSN 1007-5704, Bd. 16 (2011), 5, S. 2254-2264
This paper is a contribution to the modeling and the adaptive control of bio-inspired sensors which have the animal vibrissae as a paradigm. Mice and rats employ a sophisticated tactile sensory system to explore their environment in addition to their visual and auditory sense. Vibrissae in the mystical pad (region around the mouth) are used both passively to sense environmental influences (wind, objects) and actively to detect surface and object structures. Inspired by this particular version of tactile sense we consider the following three stages of a sensory system: perception, transduction and processing of information. We model this system in combining two existing mechanical models and obtain an uncertain nonlinear control system. An applied adaptive controller implements the ability of the animals to employ their vibrissae actively as well as passively. Numerical simulations show that the developed nonlinear model compensates noise signals and reacts strongly to sudden perturbations while guaranteeing a pre-specified control objective (working in active or passive mode).
http://dx.doi.org/10.1016/j.cnsns.2010.04.049
Ein integrierter Ansatz neuartiger, trockener Titan-Nitrid-Elektroden für Multikanal-EEG-Anwendungen. - In: Programm, ISBN 978-3-00-034073-4, (2011), S. 60-61
Gait generation considering dynamics for artificial segmented worms. - In: Robotics and autonomous systems, ISSN 1872-793X, Bd. 59 (2011), 7/8, S. 555-562
This paper deals with terrestrial worm-like locomotion systems living in a straight line. They are modeled as chains of mass points having ground interaction via spikes which make the velocities unidirectional. A method is presented to construct gaits with any desired time pattern of resting mass points (which are acted on by the propulsive forces). Taking the dynamics into consideration, conclusions about the choice and shift of gaits in connection with actuator data are given.
http://dx.doi.org/10.1016/j.robot.2011.04.002
An approach to compliant mechanisms with particular effects. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 3 S., 1,14 MB)Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: The International Conference Mechanical Engineering in XXI Century, 25. - 26. November 2010, Niš, Serbia
This paper presents a classification of the deformation behaviour of compliant mechanisms to simplify their systematic construction. The described mechanisms with fluid drive exemplify special effects of presented systematic. Compared to conventional miniaturizable bending structures the mechanisms discussed in this paper have advantageous properties such as larger movement range, greater flexibility and less sensory effort. Typical applications of the discussed mechanisms are medicine technology and robotics for gripping or manipulating tasks.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18163
Mathematical synthesis of compliant mechanism as cochlear implant. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: 4 S., 231,4 KB)CD-ROM-Ausg.: The First Workshop on Microactuators and Micromechanisms : MAMM 2010 ; [Aachen, Germany, May 27 - 29, 2010] ; CD-proceedings / RWTH Aachen, IGM Institut für Getriebetechnik & Maschinendynamik. - Aachen, 2010, 4 S.
Cochlear implants can be successfully used to reduce the inner ear profound deafness. The implant is inserted into the inner ear by the surgeon's hand. Because the cochlea has a spiral-like structure (cochlear duct), the insertion of the implant is often difficult, furthermore the basilar membrane could be easily damaged. One of the aims of our investigation is to develop a mathematical model based an synthesis method for implants with hydraulic actuation. This hydraulic actuation, which is integrated in the implant, facilitates the insertion of the implant structure to the shape of cochlear duct. Thus, the implant can follow the spiral-shaped cochlear duct without damaging the sensitive tissue of the basilar membrane. Some examples for hydraulic actuated cochlear implants based on compliant mechanisms technology are presented in this paper.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18162
Adaptives Antidekubitus-Lagerungsmodul. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2011), S. 266-272
Nachgiebiger Mechanismus sucht biologisch inspirierte Verbesserung. - In: Bionik: Patente aus der Natur, (2011), S. 222-227
In der klinischen Anwendung der Elektroenzephalographie (EEG) werden heutzutage als biomedizinische Sensoren Ag/AgCl Elektroden (vorwiegend 64 oder 128 Stück) verwendet. Diese werden über ein elektrisch leitfähiges Gel manuell mit der Kopfhaut in Verbindung gebracht und manuell ("statisch") positioniert. Dieser Prozess ist äußerst zeitaufwendig. Folglich ist eine umfassende Untersuchung und Erfassung der bioelektrischen Signale jüngerer, älterer und psychisch anfälliger Personen sowie in bestimmten klinischen Anwendungen, wie beispielsweise der Epilepsiediagnostik oder Diagnostik von Patienten im Koma, nur bedingt bzw. eingeschränkt durchführbar. Alle Versuche, technische Mechanismen (Schrauben, Federn, Magnete usw.) zum automatischen Annähern von Elektroden (oder Sensoren im Allgemeinen) zu nutzen, sind bisher fehlgeschlagen. Ziel der Forschungsarbeiten an der TU Ilmenau ist die Verwendung trockener Elektroden mit Hilfe eines biologisch inspirierten, "dynamischen" Positionierverfahrens. Bei der Verwendung dieser Elektroden entfällt der Einsatz von leitfähigen Substanzen. Dies erlaubt eine erhebliche Zeit- und somit Kostenersparnis. Die Herausforderung liegt hierbei auf der Aufrechthaltung einer möglichst konstant zu haltenden Mindestandruckkraft, der Ausrichtung der Elektrode gegenüber der Kopfoberfläche sowie das Durchdringen der Kopfbehaarung. Als eine erste konkrete Umsetzung des Verfahrens wurde basierend auf dem natürlichen Vorbild der Schneckenfühler ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell, eine nachgiebige EEG Haube, realisiert. Das System besteht aus monolithischen Mechanismen mit fluidmechanischem Antrieb aus Silikon (Nachgiebiger Mechanismus), die netzartig miteinander verbunden sind und eine translatorische Bewegung mit dem Freiheitsgrad von eins durchführen. Der Aufbau ermöglicht theoretisch das Heranführen von über 150 trockenen Elektroden an den Kopf. Nachteilig bei dieser Bewegungsform ist das flächige Zusammendrücken der Haare unterhalb der Kontaktierfläche der Elektrode. Die derzeitige Weiterentwicklung verfolgt den Ansatz einer Bewegungsform mit dem Freiheitsgrad von zwei. Hierbei vollführt der einzelne Nachgiebige Mechanismus neben der Vorschubbewegung eine Teilrotation in Richtung des Vorschubes. Um die Struktur biologisch inspiriert zu verbessern, wurde ein Katalog zoologischer und botanischer Strukturen zusammengestellt, der in dem vorliegenden Beitrag präsentiert wird.
Novel compliant mechanism with a screw motion for adduction of dry EEG electrodes :
Neuartiger nachgiebiger Mechanismus zur Platzierung trockener EEG-Elektroden über eine Schraubenbewegung. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 55.2010, Suppl. 1, M, S. 246-249
In the present study development, simulation, manufacturing, and first test of a novel compliant mechanism, for stable and reproducible adduction of dry EEG electrodes to the scalp, is described. The mechanism is performing a screw-like motion, enabling a sufficient interfusion of the hair layer and ensuring a direct contact between electrode and scalp. A model of the fluid-mechanically propelled mechanism was developed and parameterized. Based on simulations and addi-tional constraints, appropriate parameters were selected in order to allow for the desired motion. Six first demonstrators were produced using biocompatible silicone and a injection molding technique. These demonstrators were then com-pared to the simulations with respect to their functionality. At 650 mbar applied pressure deviations of +17% for the dis-placement and +6% for the rotation angle between simulation and demonstrators were determined. The intended mini-mum displacement of 3mm and minimum rotation angle of 45˚ were achieved completely.
https://doi.org/10.1515/BMT.2010.713
Simulation of vibrational piezoelectric actuators of the micro-robot using the finite element method. - In: Journal of vibroengineering, ISSN 1392-8716, Bd. 12 (2010), 3, S. 314-319
A new piezo-driven micro robot using forced vibration of continua. - In: Novye napravlenija razvitija priborostroenija, ISBN 978-985-525369-4, (2010), S. 91