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