Post on 13-Sep-2019
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VORSTELLUNG DES SPEZIALISIERUNGSFACHES
„BIOMECHANIK UND BIONIK“
Prof. Oliver Röhrle, PhDUniversität Stuttgart
Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Institut für Mechanik (Bauwesen), Lehrstuhl II
Pfaffenwaldring 5a
70569 Stuttgart
Email: roehrle@simtech.uni-stuttgart.de
Telefon: 0711 / 685 66284
Web: http://www.mechbau.uni-stuttgart.de/ls2/jrg
Cluster of Excellence for Simulation Technology, University of Stuttgart
Institute of Applied Mechanics (CE), University of Stuttgart
Master Medizintechnik
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SPEZIALISIERUNGSFACH BIOMECHANIK & BIONIK
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SPEZIALISIERUNGSFACH BIOMECHANIK & BIONIK
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EINFÜHRUNG IN DIE KONTINUUMSBIOMECHANIKWS 2013/2014
Beginn: 18.10.2017, 13:00 Uhr, PWR 5a, Raum 0.009
(Seminarraum im SimTech Gebäude)
Inhalte: • Motivation: Zusammenhänge zwischen Struktur und Funktion in
verschiedenen biologischen Materialien
• Grundlagen der Kontinuumsmechanik im 1D Kontext: Körper,
Konfigurationen, Deformation, Verschiebung, Dehnung, Bewegung,
Materialeigenschaften
• Bilanzrelationen: Masse, Impuls, Drall, Energie und Entropie
• Biomechanische Problemstellungen und Modellbildung: Blutfluss,
Verteilung von Medikamenten, Muskelmodellierung
• Grundlagen der Kontinuumsmechanik in 3D: Vektoren, Tensoren,
Tensoralgebra, Eigenwerte und Eigenvektoren, allgemeine Definition von
Dehnungs- und Spannungstensoren in 3D, Bilanzgleichungen und
Konstitutivgesetze für biomechanische Materialien
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EINFÜHRUNG IN DIE KONTINUUMSBIOMECHANIKWS 2014/2015
http://www.imp.uni-erlangen.de/mri/de/projects_coils.html
http://www.fem-berechnung-
simulation.de/Anwendungen.html
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 01.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
Bionik für die Medizintechnik
3,8 Mrd. Jahre
Evolutions-
prozesse
…viele
tausend
erprobte
Lösungswege
Die Wissenschaft der Kooperation
Wissen erschließen
in der Natur intelligente Lösungen für
technische Probleme finden
Technologielösungen etablieren
Innovationszyklen beschleunigen
Kosten senken
Anspruchsvolle
Probleme
hinschauen,
analysieren,
begreifen
abstrahieren
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 01.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
7
Was ist Bionik in der
Medizintechnik?
Biologie/
Natur-
prinzipien
Ersatz von Körperfunktionen
Energieeffizienz und Leichtbau
Schaffung neuer Materialeigenschaften…
Technische
Lösung
Technik/
Engineering
+Transfer
Apl. Prof. Dr. rer. nat. Franz Brümmer
Abteilungsleiter
Biologisches Institut - Abteilung Zoologie
Schwerpunkte:
Biologie von Schwämmen: Ökologie, Taxonomie, Zellbiologie, Wirkstoffe, PhylogeniemLimnologie heimischer Steh- und Fließgewässer, Biomaterialien, Biodiversität, scientific diving
Kompetenzzentrum Biotecmarin www.biotecmarin.de
Dr. rer. nat. MBA Oliver Schwarz
Gruppenleiter Bionische Medizintechnik
Abt. Biomechatronische Systeme
Fraunhofer IPA
Mitglied des Fachberiats Bionik des vdi/vde; Leiter Fachgruppe Biomedizintechnik des BIOKON(Bionik Kompetenz Netz), Leiter Arbeitsgruppe Bionik vdi Stuttgart, Mitglied Biomimetik-Netzwerk Baden-Württemberg
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MODELLIERUNG UND SIMULATION
IN DER BIOMECHANIK
http://www.fem-berechnung-
simulation.de/Anwendungen.html
Beginn: SS 2015
Inhalte:
• Einführung in die Numerik
• Fehlerschätzer
• Interpolation
• Numerische Integration
• Hodgkin-Huxley Modelle
• Löser für gewöhnliche Differentialgleichungen
• Finite Element Methode
• Lineare (iterative und direkt) Löser
• Lösungen für nichtlineare Probleme
• Programmierung von Algorithmen (Matlab)
Wilfried AltBiomechanik für Medizintechniker
Vorlesung (3 ECTS)
• wissenschaftstheoretische Grundlagen
• Der Naturwissenschaftliche
Standpunkt: Aspekte und
Konsequenzen
• wissenschaftstheoretische Grundlagen
des Experiments
• Experimentelle Biomechanik
- Übersicht
- Verletzungsprophylaxe
- Leistungsoptimierung
• Nationale und Internationale
Tendenzen in der Biomechanik
Übung (3 ECTS)
• Konzeption komplexer
biomechanischer Experimente
• Anwendung von Dynamometrie,
Elektromyografie,
Elektrostimulationen, Spiroergometrie
• Tests von orthopädischen Heil- und
Hilfsmitteln (z.B.: Orthesen, Cast-
Walker etc.
• Planung, Durchführung und
Auswertung eines eigenen komplexen
Experiments
Wilfried AltÜbung: z.B.: komplexe Leistungsdiagnostik
11modifiziert nach Haar, B. Stuttgart, 2011, DissertationBrand, S. Thesis, 2007, Stuttgart
Dynamische
Verletzungssimulation
Leistungsdiagnostik mittels
Spiroergometrie
Vorlesung
Mittwochs 8:00 – 9:30 Uhr
Pfaffenwaldring 57, Raum 9.120
Prof. Dr. Stephan Nußberger
Themen:
+ Molekulare Struktur und Funktion
zellulärer Filamente und
biologischer Membranen als
semiflexible elastische Schalen
+ Prinzipien der Selbstorganisation,
Phasenumwandlungen und
Dynamik biologischer Membranen
+ Grundlagen der Elastizität von
Filamenten und weicher Schalen
+ Molekulare Motoren
+ Methoden der Messung elastischer
Konstanten von zellulären
Filamenten und Membranen sowie
der Leistung molekularer Motoren
Modul 47320 - Biomechanik der Zelle
Biorobotik: Roboter als Forschungswerkzeug!
• Forschungsziel: wir wollen verstehen,
wie sich Lebewesen bewegen.
• Wie wird die Bewegung erzeugt?
• Wie wird die Bewegung organisiert?
• Biorobotik ist ein Forschungswerkzeug,
neben Theorie, numerischer Simulation und
biologischen Experimenten.
• Möglichkeiten:
• Man kann nur die Komponenten
einbauen, deren Funktion man kennt.
• Man kann die Größen messen, die man
untersuchen will.
• Es werden keine Lebewesen verletzt.
• Reale physikalisch-technische
Experimente mit Reibung, Rauschen, etc.
Honda Asimo
Lauflabor Jena Walker
Scuola Superiore Sant'Anna Octopus Arm
www.uni -stuttgart.de
Inhalte
• Prinzipien und Vorgehen der Biorobotik
• Möglichkeiten und Grenzen
• Interaktion mit anderen Forschungsgebieten:
• Numerische Simulation
• Biologische Experimente
• Biologische Kybernetik
• Erfolgreiche Beispiele aus der Forschung
• Ein Beispiel mit LEGO-Mindstorms durchführen
•
Dozent: Jun.-Prof. Syn Schmitt
• Vorlesungsbeginn im SS 2015
Modul Biorobotik
Louise Bowden
Spider Robot
LOLA, TU München
Marco Hopper, TU Darmstadt
www.uni -stuttgart.de
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 03.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
Mechatronik in der Orthopädie
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 03.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
Mechatronik in der Orthopädie
Beginn: SS 2015
Inhalte:
• Einführung in die Orthopädie
• Bewegungsanalyse
• Prothetik + Orthetik
• Natürliche und technische Sensorik
• Mechatronische Prothesen
• Mechatronik in Implantaten
• Navigation im orthopädischen OP
• Rehabilitation Engineering
Dr. med Urs SchneiderAbteilungsleiter
„Biomechatronische Systeme“
Fraunhofer IPA
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 03.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
Praktische Übungen in der Biomechanik und Bionik
Verschiedene Themen die das Spektrum des Spezialisierungs-
faches abdecken, z.B.:
Simulation
Bionik
Biorobotik
Elektromyographie
Biomechanik
Messebesuch
… und weitere
© Fraunhofer IPA© Fraunhofer IPA Grundlagen der Bionik 03.07.2013 Dr. Oliver Schwarz
Bionische Produktentwicklung
Durchführung des Praktikums
2 Wochen Blockpraktikum
Bearbeiten der einzelnen Phasen der Produktentwicklung
Beschränkte Teilnehmerzahl (ca. 14)
Lernziele
Durchgehen des Top-down-Prozesses der bionischen Material- und
Bauteilentwicklung bestehend aus
Ideenfindung/-bewertung
bionische Recherchetools
Analyse, Prinzipienfindung
Analogie/Abstraktion
Planung/Konzeption
Konstruktion
Mercedes-Benz Bionic Car, 2005
Dr. rer. nat. MBA Oliver Schwarz