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Bionics

Bei der Entwicklung von Robotersystemen sind für uns die Fähigkeiten des Menschen gleichermaßen Ziel und Inspiration. Wir versuchen diese Fähigkeiten qualitativ und quantitativ zu verstehen, um technische Systeme zu verbessern und Menschen mit körperlichen Einschränkungen durch robotische Systeme zu unterstützen. Diese Forschung fassen wir unter dem englischen Begriff „Bionics“ zusammen, um ihn vom deutschen Begriff „Bionik“ abzugrenzen, welcher eine Methode beschreibt. Um das menschliche „Vorbild“ begreifen zu können, erfassen wir dabei Bio-Daten, die bei der natürlichen Interaktion zwischen Mensch und Umwelt entstehen. Dazu zählen zum Beispiel die Muskelaktivität, ausgeübte Kräfte und durchgeführte Bewegungen.

Zur Signalerfassung verwenden wir verschiedene Methoden: von Oberflächenelektromyographie und Ultraschallmessungen über neuronale Implantate, bis hin zu neuen selbstentwickelten Sensorsystemen. Die so erfassten Daten kodieren unterschiedliche Informationen über kinematische und dynamische Funktionen und Fähigkeiten des Menschen.

Diese Informationen werden von uns auf zweierlei Art eingesetzt.

  • Einerseits wollen wir technische Systeme so bauen, bzw. optimieren, dass sie ‒ unter bestimmten Bedingungen ‒ eine ähnliche Leistungsfähigkeit wie der Mensch erreichen. Ein Beispiel hierfür sind biartikuläre Gelenke, bei denen wir die Steifigkeit variabel einstellen können.
  • Andererseits möchten wir die extrahierten Informationen nutzen um Robtersysteme zu steuern und damit Menschen mit körperlichen Behinderungen zu unterstützen. Dieser Ansatz findet Anwendung im Bereich von Prothesenhänden für Amputierte, bei Assistenzrobotern für Menschen mit eingeschränkter Bewegungsfähigkeit, bis hin zur robotergestützten Rehabilitation z.B. nach einem Schlaganfall.

 

Biodatenauswertung für unterstützende Robotik
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Assistenzrobotik


  • Robotische Assistenz für Menschen mit körperlichen Einschränkungen
  • Teilautonomes Roboterverhalten für vereinfachtes Greifen und Manipulieren
  • Intuitive Steuerung mittels Brain-Machine Interface
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Mensch-Maschine-Schnittstellen für Handprothesen


  • Schnittstellen zur Steuerung von Handprothesen
  • Ermittlung der Kraft von einzelnen Fingern und deren Kombinationen
  • Untersuchung neuartiger Schnittstellen z.B. auf Basis von Ultraschall
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Bildgebendes EMG (iEMG)


  • 3D Rekonstruktion der Muskelpotentiale aus Oberflächen-EMG
  • Erkennung tieferliegender Muskeln und deren Funktion
  • Visuelle Aufbereitung der rohen EMG Daten zur einfacheren Diagnostik
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Rehabilitationsrobotik


  • EMG-basierte Roboterrehabilitation der oberen Extremitäten nach einem Schlaganfall
  • Erkennen und Sicherstellen der Patientenmitwirkung
  • Anpassung des Trainings an die Bedürfnisse eines Patienten
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Absichtaufnahme durch Biosignale


Muskelkontraktionen lassen sich mithilfe von Elektromyographie, Druckmessungen oder optischen Verfahren erfassen. Das Ziel ist es, diese Signale zu interpretieren, um die beabsichtigte Bewegung zu identifizieren. Diese beinhaltet wann und wie gegriffen wird, welche Gliedmaße bewegt werden und auf welche Art und Weise dies geschieht.
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Biomechanik

Kinematik der Hand


  • Messung menschlicher Handbewegung
  • Abbilden der Beweglichkeit im Computermodell
  • Verstehen von Kerneigenschaften der Handbeweglichkeit
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Messung menschlicher Steifigkeit


  • Identifizierung von menschlichen Finger- und Armsteifigkeiten
  • Transfer der gemessen Steifigkeitsinformation auf adaptive Robotersysteme
  • Funktionalität der Skelettmuskulatur verstehen
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Bionik News
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