Wenn der Knorpel knirscht... Computersimulationen in der

Biomechanik

Arbeitsgruppe Biomechanik

Theoretische Astrophysik

Universität Tübingen

Zusammenarbeit mit

• Sportwissenschaft

• Sportmedizin

• Rechtsmedizin

• Orthopädie

• Neurologie

• Industrie

Interdisziplinäre Entwicklung eines modularen HOMUNKULUS

• Modelldefinition• Bewegungsgleichungen• Integratoren• Visualisierung

• Gelenkstrukturen• Muskelgeometrie• Weichteilmodellierung• Muskelsteuerung

• Wechselwirkung zwischen Modell und Umwelt

HomunkulusModelldefinition

• dreidimensional

• 17-gliedrig

• mit Schwabbelmassen

Homunkulus Bewegungsgleichungen

HomunkulusGelenkstrukturen und Muskelgeometrie

• realistische Gelenkgeometrie

• Muskelangriffspunkte

• Muskelzugrichtungen

• Muskelkräfte

• 44 Muskeln pro Bein

Homunkulus Schwabbelmassen

Einsatzmöglichkeiten unseres modularen HOMUNKULUS

Passiv:

Belastungsbestimmung• im Arbeitsbereich• im Sport• für orthopädische Eingriffe• bei Unfällen

Aktiv:

Bewegungserzeugung• für das Gehen• für Sprünge• für Armbewegungen

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

Hand-Arm-Modellfür Vibrationseinleitungen

(Kooperation mit Bosch GmbH)

Heckaufprall mit tapferenFreiwilligen

Insassensimulation(Kooperationen mit DaimlerChrysler)

Heckaufprall

HWS-Schleudertrauma

Komfortdummy

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

Filmanalyse und erste Simulationsversuche

Zweidimensionales Modellmit 14 Muskeln

• auf der Erde • auf dem Mond

Dreidimensionales Modell mitVirtual Model Control (VMC)

Honda-Mann, 250 Millionen Dollar Entwicklungskosten

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

Computersimulation im Sport

• Messung der äußeren Kräfte• Filmaufnahmen der Bewegung• Aufzeichnung der Muskelaktivitäten• Biomechanische Modellbildung• Computersimulation• Bestimmung der inneren Kräfte

Zur Beruhigung der Ethikkommission, Abteilung Menschenversuche

Ich, Stefanie Kramer, erkläre hiermit, dass

ich freiwillig und auf eigene Gefahr auf die

Kraftmessplatte springe.

Computersimulation im Sport

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

Kraft im Hüftgelenk beim Einbeinstand

R ist im statischen

Gleichgewicht etwa

das Dreifache des

Körpergewichts

M = Muskelkraft

R = Hüftgelenkskraft

G5 = Gewichtskraft des Körpers ohne Standbein

Druckverteilung im Hüftgelenk Computergestützte Operationsplanung

Kooperation mit Orthopädie und Sportmedizin

Therapiegerät

(Posturomed) wird

zum Balancetraining

nach chirurgischen

Eingriffen oder

Verletzungen eingesetzt

Simulation des menschlichen Standes

• Modell des Posturomeds

• Hochgeschwindigkeitsvideo

• Kraftmessplatte

Implantat zwischen den Wirbelkörpern bei Rückenproblemen

WirbelsäulenmodellComputergestützte Operationsplanung

WirbelsäulenmodellComputergestützte Operationsplanung

Beispiele für Anwendungen

• Arbeitsmedizin und Mensch-Maschine-Schnittstelle

• Simulation des menschlichen Ganges

• Sport (z.B. Niedersprünge)

• Computergestützte Operationsplanung

• Fußgänger-PKW-Unfälle

UnfallrekonstruktionLandesforschungsschwerpunkt BaWue

Spurensicherung durchGerichtsmedizin

Modellbildung und Computersimulation

UnfallrekonstruktionLandesforschungsschwerpunkt BaWue