BioRobotik und Biomechanik

Das ARIES Labor der Gruppe von Prof. Dr. Lorenzo Masia stützt seine Forschung auf drei verschiedene Säulen:

1. Rehabilitationstechnik
2. Weiche, tragbare Robotik
3. Intelligente Aktoren und Steuerungen

Das Hauptaugenmerk des Labors liegt auf der Konzeption, dem Design und der Entwicklung von Wearable-Technologien, die den Menschen in verschiedenen Szenarien unterstützen können - von der Rehabilitation und personalisierten Hilfe bis hin zur Unterstützung von Arbeitnehmern in Arbeitsumgebungen, die die Sicherheit und Produktivität erhöhen.

Unser Team verfügt über ein breites Spektrum an Fachkenntnissen, das mechanisches Design, eingebettete Steuerungsimplementierung, computergestützte Biomechanik, maschinelles Lernen und klinische Datenanalyse umfasst. Wir entwickeln unsere eigene Technologie und testen sie an den Endnutzern. Aus diesem Grund arbeiten wir sowohl mit klinischen als auch mit industriellen Partnern zusammen.

Unser oberstes Ziel ist es, auf die neuen Trends in der Interaktion zwischen Mensch und Maschine und in der Wearable Technology zu reagieren. Die Gruppe von Prof. Masia verfügt über vielfältige Erfahrungen in den Bereichen Haptik und Rehabilitationsrobotik und entwickelt alle Projekte im eigenen Haus in einem voll ausgestatteten 200 Quadratmeter großen Labor mit modernsten Instrumenten für die Bewegungserfassung, die Stoffwechselanalyse und das Rapid Prototyping in der Mechatronik.

In den letzten Jahren haben wir auf dem Gebiet des Designs von weichen, tragbaren Exosuits und assistiven Technologien große Aufmerksamkeit erlangt: Wir haben eine Vielzahl von funktionellen Geräten für die oberen Gliedmaßen zur Unterstützung von Hand, Ellbogen und Schultergelenk entwickelt. In jedem dieser Projekte haben wir innovative Steuerungsimplementierungen und komplexe Betätigungsstrategien vorgestellt, die speziell für Wearable Technologies entwickelt wurden. Bei allen Systemen handelt es sich um neuartige Hardware-Implementierungen von weichen Multigelenk-Exosuits für die oberen Gliedmaßen, aber wir sind dabei, unsere Forschungsbereiche auf die Unterstützung der unteren Gliedmaßen auszudehnen, mit besonderem Schwerpunkt auf der Verbesserung der menschlichen Gehfähigkeit. Wir haben auch Erfahrungen mit der Ergänzung industrieller Exoskelette durch eingebettete Antriebe und weiche Schichten gesammelt, um mehr Gelenke zu mobilisieren und den Trägern eine bessere Ausdauer und körperliche Leistungsfähigkeit zu ermöglichen.

Ob es um die Untersuchung der geschickten Bewegungen eines Turners, die Analyse abnormaler Muskelaktivitäten bei Patienten mit Bewegungsstörungen oder die Schätzung der Höchstgeschwindigkeit eines Tyrannosaurus Rex geht, die Biomechanik konzentriert sich auf das Verständnis von Bewegungen anhand von Mechanik und Physiologie. Dieses breite Forschungsgebiet ist seit der Zeit von Sokrates bis heute präsent. Da die Natur komplex ist, sind viele Forschungsfragen seit Sokrates' Zeiten offen geblieben: Wie funktioniert der Muskel, welche Faktoren beeinflussen die Bewegung? Andere Themen sind ganz neu: Wie können wir sturzgefährdete ältere Menschen trainieren, um ihr Gleichgewicht zu verbessern; wie können wir uns von der Biologie inspirieren lassen, um optimale Steuerungen für ein Exoskelett zur Bewegungsunterstützung zu entwickeln?

An der Universität Heidelberg beschäftigen wir uns vor allem mit den Themen dynamisches Gleichgewicht und Simulation. Sturzverletzungen betreffen überproportional häufig ältere Erwachsene, Amputierte und Menschen mit Bewegungsstörungen. Um die Zahl der Sturzverletzungen zu verringern, konzentrieren wir uns auf die Entwicklung von Methoden zur Identifizierung sturzgefährdeter Personen, die Bewertung der Wirksamkeit von Hilfsmitteln zur Wiederherstellung des Gleichgewichts und die Evaluierung von Trainingsprogrammen zur Verbesserung des Gleichgewichts. Im Rahmen unserer Arbeit zur Entwicklung neuer Maßstäbe für die Quantifizierung des Gleichgewichts suchen wir auch nach neuen Methoden zur Messung von Bewegungen, die sich auf den Alltag in der Klinik oder im Leben der Menschen übertragen lassen. Unser zweiter Forschungsbereich konzentriert sich auf die Modellierung und Prognostizierung menschlicher Bewegungen mithilfe der Mathematik optimaler Kontrolle und der Mehrkörperdynamik. Wir wenden diese Methoden an, um die Entwicklung von Hilfsmitteln voranzutreiben und um die Grundlagen der Bewegungswissenschaft zu untersuchen. Zusammen mit dem medizinischen Fachwissen und den experimentellen und computergestützten Einrichtungen der Universität Heidelberg haben wir zur Konstruktion von Exoskeletten für den unteren Rücken, Fußgelenkorthesen, zur Analyse des Gleichgewichts und zur Entwicklung neuer, tragbarer Hilfsmittel beigetragen.