Muskelpfade in der biomechanischen Simulation menschlicher Bewegung und MKS Einbindung

Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung - Teilprojekt

Details zum übergeordneten Gesamtprojekt

Titel des Gesamtprojektes: 05M2016 - DYMARA: Ein dynamisches Manikin mit faserbasierter Modellierung der Skelettmuskulatur


Details zum Projekt

Projektleiter/in:
Prof. Dr.-Ing. Sigrid Leyendecker

Projektbeteiligte:
Johann Penner

Beteiligte FAU-Organisationseinheiten:
Lehrstuhl für Technische Dynamik

Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
Akronym: DYMARA
Projektstart: 01.12.2016
Projektende: 30.11.2019


Forschungsbereiche

biomechanics
Lehrstuhl für Technische Dynamik
structure preserving simulation and optimal control
Lehrstuhl für Technische Dynamik
multibody dynamics and robotics
Lehrstuhl für Technische Dynamik
motion capturing
Lehrstuhl für Technische Dynamik


Abstract (fachliche Beschreibung):

Das Verbundprojekt DYMARA hat die Entwicklung eines innovativen digitalen Menschmodells (Manikins) mit  detaillierter Modellierung der Skelettmuskulatur und schnellen numerischen Algorithmen zum Ziel. Mit diesem Manikin soll es möglich werden, den Menschen simulationsgestützt auf optimale Weise in sein Arbeitsumfeld zu integrieren und Ermüdungen, Erkrankungen sowie Unfälle am Arbeitsplatz zu vermeiden. Neben diesen ergonomischen Gesichtspunkten soll das Menschmodell auch zur Therapieplanung im muskulären Bereich und zur Gestaltung von Prothesen und Orthesen eingesetzt werden können. Um die Dynamik des muskuloskeletalen Systems hinreichend genau zu erfassen, wird ein Modellierungsansatz verfolgt, der auf der Methode der mechanischen Mehrkörpersysteme (MKS) basiert. Solche Modelle sind durch die Robotik inspiriert und werden bereits heute in vielen biomechanischen Anwendungsfeldern eingesetzt. Die Modellierung der Muskulatur stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar, insbesondere wenn Aspekte wie Rechenzeit auf der einen und Berücksichtigung der anatomischen und physiologischen Gegebenheiten auf der anderen Seite zu beachten sind. Hier setzen wir mit unserem Projekt an: Ein neu zu entwickelndes eindimensionales Kontinuumsmodell, das einzelne Muskelfaserbündel realitätsnah beschreibt, soll die bisher üblichen diskreten Kraftelemente im MKS-Modell ersetzen und mit schnellen, problemangepassten numerischen Algorithmen zur Berechnung von Bewegungssequenzen und zur Steuerung des Manikins kombiniert werden.


Externe Partner

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) / Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics
Technische Universität Kaiserslautern


Publikationen

Penner, J., & Leyendecker, S. (2019). Biomechanical simulations with dynamic muscle paths on NURBS surfaces. In Proceedings of the GAMM Annual Meeting. Vienna, AT.
Penner, J., & Leyendecker, S. (2018). Multi-obstacle muscle wrapping based on a discrete variational principle. In Proceedings of the The 20th European Conference on Mathematics for Industry. Budapest, HU.
Penner, J., & Leyendecker, S. (2018). Optimization based muscle wrapping in biomechanical multibody simulations. In Proceedings of the GAMM Annual Meeting. München, DE.

Zuletzt aktualisiert 2019-20-05 um 15:41