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Projekte

Arthrokinemat

Arthrose als häufigste Gelenkerkrankung weltweit geht mit einer deutlichen Einschränkung der Lebensqualität und einem hohen volkswirtschaftlichen Schaden einher. Ein Grundpfeiler der Therapie ist Bewegung, die wesentliche Voraussetzungen für die Ernährung der Gelenke schafft. Die Bewegung sollte das erkrankte Gelenk aber nicht überlasten, da dies die Arthrose aktivieren kann. Für die Betroffenen ist das richtige Maß an Bewegung oft schwer abzuschätzen. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt "Arthrokinemat“ an. Es soll ein mobiles technisches System für das häufig von Arthrose betroffene Kniegelenk entwickelt werden, das Bewegungen des Nutzers durch körpernahe Sensorik erfasst und auf Basis dieser Informationen kontinuierlich prädiziert, ob und wann der Umfang und die Intensität der körperlichen Aktivität zu einer Überbelastung des Knies führen.

 

Kooperation: Prof. Dr. med. S. Sell, Prof. Dr.-Ing. T. Schultz, ITP GmbH, Bauerfeind AG

Kontakt: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein, Steffen Ringhof
  Gefördert durch: 

 

Biomechanik als interdisziplinärer Ansatz in den Naturwissenschaften

Im Rahmen des Programms zur Förderung von Leuchttürmen in der Lehrerbildung des Landes Baden Württemberg war das KIT in Kooperation mit der PH Karlsruhe mit dem Antrag "MINT²KA – Lehr-Lern-Labore in den MINT-Fächern als Innovations- und Vernetzungsfeld in der Lehrerbildung am KIT und an der PH Karlsruhe“ erfolgreich. In dem Verbundprojekt, das von Prof. Dr. A. Woll (KIT) & Prof. Dr. C. Benz (PH Karlsruhe) geleitet wird, werden innovative Lehr-Lern-Labore als starke Orte der Lehrerbildung für die MINT-Fächer aufgebaut, in denen ein naturwissenschaftlicher und technischer Kompetenzaufbau besonders intensiv erfolgen kann. Ein solches Lehr-Lern-Labor wird am BioMotion Center im Rahmen des Teilprojekts "Biomechanik als interdisziplinärer Ansatz in den Naturwissenschaften“ entstehen.

 

Kooperation: Prof. Dr. A. Woll (Leitung des Verbundprojekts)

Kontakt: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein

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Interdisciplinary approach to human motor control and learning

The project “Interdisciplinary approach to human motor control and learning: sensorimotor experiments, biomechanical modeling, and computational optimization” receives financial support by the Heidelberg-Karlsruhe Research Partnership (HEiKA).

Movement is an important aspect of our life enabling us to interact with the world. To control movements, the central nervous system has to coordinate a complex motor system. In this project, we focus on the investigation of arm movements. These movements are highly relevant for everyday life (e.g. handling objects) but demonstrate also many aspects which make motor control hard to decode (e.g. many degrees of freedom). Besides motor control, motor learning is an important feature of the motor system. As humans are not proficient in performing all possible tasks and its variations by birth, the motor system must be capable of learning new skills as well as adapting existing skills to changes in conditions. Yet, it remains puzzling how the motor system manages the motor control and learning processes.
In this project, we will perform sensorimotor experiments using robotic devices to analyze human arm movements under different environmental conditions. Besides that, we will develop a biomechanical arm model and an adaptive optimal feedback controller that accounts for different motor control strategies. Finally, this adaptive optimal feedback controller will be evaluated by integrating simulated and measured human movements.
A deeper understanding of these processes is an important prerequisite in order to design safer workplaces, better tools, prostheses and robots as well as more effective training schedules in such settings as sports, and rehabilitation.

Cooperation: Prof. Dr. K. Mombaur
Contact: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein, Christian Stockinger

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Entwicklung adaptiver E-Bike-Komponenten

Bild: Schaeffler

Das Projekt „Entwicklung adaptiver E-Bike-Komponenten“ wird von der Schaeffler Technologies AG & Co. KG (Herzogenaurach) gefördert.

Pedelecs – elektrisch unterstützte Fahrräder – sind mittlerweile bereits häufig im Alltag zu finden. Sie erleben in den letzten Jahren einen außergewöhnlichen Aufschwung. Das Projektziel besteht in der Entwicklung und Evaluation adaptiver Komponenten für E-Bikes unter besonderer Berücksichtigung der demografischen Entwicklung. Insbesondere Älteren und/oder mobilitätseingeschränkten Personen soll die Nutzung des Fahrrads durch elektrisch adaptive Komponenten erleichtert werden, womit die Sicherheit im Straßenverkehr erhöht werden soll. Mittels Befragung werden zu Beginn die Voraussetzungen und Bedürfnisse der späteren Nutzer ermittelt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse werden Anforderungen an zukünftige adaptive E-Bike Komponenten abgeleitet, diese im Rahmen eines Funktionsdemonstrators aufgebaut und in einem iterativen Prozess auf der Grundlage von biomechanischen Bewegungsanalysen evaluiert und weiterentwickelt.  

Kooperation: Dr.-Ing. M. Ph. Mayer
Kontakt: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein, Marian Hoffmann

  Gefördert durch: 

SofTec.2

Bild: Patrick Seeger

Das Projekt „SofTec.2: Ortheseninduzierte Belastungs- und Bewegungskontrolle bei Patienten mit vorderer Kreuzbandruptur“ wird von der Bauerfeind AG gefördert.

In direktem ursächlichem Zusammenhang zu Kreuzbandrupturen oder –rerupturen stehen Relativbewegungen zwischen Oberschenkel- und Unterschenkelknochen (Femur und Tibia). Insbesondere hohe Auslenkungen in Varus- oder Valgusrichtung sowie Innen- oder Außenrotationen sind als auslösende Mechanismen für Rupturen oder Rerupturen anzusehen. Vor allem die Kombination aus Tibia-Innenrotation und Knie-Abduktion beinhaltet ein hohes Schädigungspotential für das vordere Kreuzband. Es ist weitgehend akzeptiert, dass Instabilitäten (Stolpern, äußere Störungen der Bewegung etc.) solche Bewegungs- bzw. Verletzungsmuster provozieren können.

Kooperation: Prof. Dr. med. S. Sell, Prof. Dr. W. Potthast

Kontakt: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein

 

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GonyTec

Das Projekt „GonyTec: Entwicklung einer aktuierten Orthese zur situations- und intentionsabhängigen lokalen Entlastung des Kniegelenks“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

 

Die Behandlungskosten für die Volkskrankheit Arthrose stellen einen erheblichen Kostenfaktor für das deutsche Gesundheitssystems dar. Die meisten Arthrosen betreffen das Kniegelenk, wobei in der Mehrzahl der Fälle der mediale, d.h. der innere Gelenkanteil betroffen ist. Grund für das Entstehen und das beschleunigte Fortschreiten medialer Kniearthrose ist meist ein hohes externes Knie-Adduktions- bzw. Varusmoment, wodurch der mediale Gelenkanteil höheren Belastungen ausgesetzt ist als der laterale Gelenkanteil, was zu einer permanenten Überlastung des inneren Kniegelenkes führt. Die Höhe des Adduktionsmoments ist stark von der aktuellen Aktivität des Patienten abhängig. Zur konservativen Therapie mit dem Ziel, das Fortschreiten der Arthrose hinauszuzögern, stehen passive Knieorthesen zur Verfügung. Durch eine von außen auf das Knie aufgebrachte und nach innen gerichtete Kraft, setzen diese Orthesen dem externen Adduktionsmoment ein Moment mit entgegengesetzter Richtung (Abduktionsmoment) entgegen. Das Tragen solcher Orthesen wird von Arthrosepatienten häufig als unangenehm empfunden. Daher besteht das Ziel des vorliegenden Projekts, anhand einer adaptiv-aktuierten Kniegelenksorthese das Voranschreiten des Krankheitsbildes der Kniearthrose zu verzögern. Die zu entwickelnde Orthese soll hierbei die auf das Kniegelenk aufgebrachte medialisierende Kraft und somit das resultierende Adduktionsmoment in Abhängigkeit der Aktivitätssituation des Trägers automatisch regulieren. Es ist davon auszugehen, dass dies den Tragekomfort, die Akzeptanz und damit den Nutzen von Kniegelenksorthesen deutlich erhöhen wird.

Kooperation: Dr.-Ing. W. Burger, Prof. Dr. W. Potthast, Prof. Dr.-Ing. T. Schultz, DeMeTec GmbH, Ortema
Kontakt: Jun.-Prof. Dr. Thorsten Stein, Steffen Ringhof

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