Muscle paths in the biomechanical simulation of human movement and MBS involvement

Third Party Funds Group - Sub project

Overall project details

Overall project: A dynamic manikin with fiber-based modeling of skeletal musculature


Project Details

Project leader:
Prof. Dr.-Ing. Sigrid Leyendecker

Project members:
Johann Penner

Contributing FAU Organisations:
Chair of Applied Dynamics

Funding source: BMBF / Verbundprojekt
Acronym: DYMARA
Start date: 01/12/2016
End date: 30/11/2019


Research Fields

biomechanics
Chair of Applied Dynamics
structure preserving simulation and optimal control
Chair of Applied Dynamics
multibody dynamics and robotics
Chair of Applied Dynamics
motion capturing
Chair of Applied Dynamics


Abstract (technical / expert description):

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.


External Partners

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


Publications

Penner, J., & Leyendecker, S. (2019). Biomechanical simulations with dynamic muscle paths on NURBS surfaces. In Proceedings of the GAMM Annual Meeting. Vienna, AT.

Last updated on 2019-22-03 at 11:47