Unsere Projekte beinhalten zum größten Teil interdisziplinäre Forschungsvorhaben, die in weltweiter Kooperation mit unseren Partnern durchgeführt werden.

Beinprothesen und -orthesen können als aktive Bewegungsassistenzsysteme oder kurz “Assistenzsysteme” bezeichnet werden, wenn sie individuell und situationsabhängig einen durchgeführten Bewegungsablauf erfassen und ihn gleichzeitig durch Einwirken von Kräften und Momenten geeignet unterstützen. Ein solches Assistenzsystem kann “nahtlos” in das Körperschema integriert werden, wenn es unterschiedliche Bewegungsabsichten selbstständig erkennt, daraus ein intuitiv vorhersagbares motorisches Verhalten erzeugt und sich damit nahtlos in das Erleben des Bewegungsalltags einfügt.

Im Rahmen des Graduiertenkolleg LokoAssist (GRK 2761 Projekt-Nr. 450821862) arbeiten Forschungsgruppen unterschiedlicher Fachdisziplinen gemeinsam den an vielfältigen und interdisziplinären Herausforderungen, die bei der Entwicklung solcher Assistenzsysteme auftreten. Der Projektbereich A3 beschäftigt sich mit integrierter und verteilter Sensorik. Der Fokus liegt hierbei auf der Erfassung und Auswertung sensorischer Informationen über system- und nutzendenbezogene Zustandsgrößen des betrachteten Assistenzsystems. Dies ist entscheidend für die Nutzung und Regelung des Assistenzsystems.

LokoAssist Webseite

Bild: Roman Müller
Einsatz einer aktiven Kniegelenkorthese beim Treppensteigen.

Für viele Anwendungen, wie z.B. der Überwachung des baulichen Zustands, medizinischen Anwendungen, autonomen Fahrzeugen und Umweltüberwachungssystemen, steigt der Bedarf an Sensornetzwerken stetig. Oft sind die Sensoren an abgelegenen Orten positioniert, wo die Verfügbarkeit von elektrischer Energie oder Möglichkeiten wie das Austauschen oder Aufladen von Batterien eine Herausforderung darstellen. Daher sind andere Methoden zur Stromversorgung elektronischer Schaltkreise, wie z.B. Energy-Harvesting, in den letzten 20 Jahren ein wachsendes Forschungsgebiet gewesen.

Die Ziele dieses Projektes (DFG Projektnummer 392020380) sind das Design neuer Ferroelektret-Materialien und deren Einsatz in Energy-Harvestern, die auf dem transversalen-piezoelektrischen Effekt in diesen Materialien basieren.

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3D-Darstellung des Energy-Harvesters basierend auf einer Biegebalken-Konfiguration (veröffentlicht in Applied Physics Letters).

Die Nachfrage nach strukturintegrierten Kraft- und Drehmomentsensoren in Bereichen der Prozessüberwachung im Anlagenbau, der Medizintechnik sowie dem Leichtbau wächst stetig. In diesen Anwendungsfeldern sind meist komplexe Strukturen vorhanden, sodass kommerzielle Allzwecksensoren, die konventionell gefertigt sind, nicht oder nur unter erheblichem Aufwand einsetzbar sind. Die konventionelle Herstellungmethode mit der Erstellung eines Verformungskörpers mittels spanender Prozesse und der anschließenden Applikation von Dehnungsmesselementen limitiert die Geometrie und Größe des Sensors. Additiv gefertigte Kraft- und Drehmomentsensoren schaffen hier einen Mehrwert, da sie einen hohen Grad an Individualisierung und eine Anpassung an anwendungsspezifische Bedürfnisse ermöglichen.

Im Rahmen dieses Projektes (DFG Projektnummer 418628981) soll die Eignung des selektiven Laserschmelzens (Laser-based Powder-Bed-Fusion) als additives Fertigungsverfahren zum Aufbau von Kraftsensoren untersucht werden. Das Ziel des beantragten Forschungsprojekts besteht in der Erarbeitung von reproduzierbaren Verfahren zur Strukturintegration von Dehnungsmesselementen in additiv gefertigte komplexe Bauteile mit Kraftmessfunktion.

Bild: Roman Müller