Biomechanics III

Abstract

Mechanobiology, Mechanophysiology, Prostheses, Outcome-Studies

Objective

Das Ziel dieser Vorlesung ist die Studierenden zu befähigen: (a) den aktiven und passiven Bewegungsapparat - aus theoretischer Sicht - als mechanobiologisches bzw. als mechanophysiolgisches System zu beschreiben; und (b) anwendungsorientiert, z.B. im Bereich der Prothetik, die richtigen Fragen zu formulieren und diese als Ingenieur zu analysieren und Lösungsvorschläge zu präsentieren.

Content

Die Biomechnaik III Vorlesung behandelt theoretische als auch anwendungsorientierte Aspekte des Bewegungsapparates und dessen Materialien resp. Ersatzmaterialien im Zusammenhang mit unterschiedlichen Belastungssituationen. Sie baut auf den Vorlesungen Biomechanik I und Biomechanik II auf. Der eine Teil der Vorlesung behandelt den Bewegungsapparat und dessen Gewebe aus theoretischer Sicht. Dazu gehören die zwei Abschnitte „mechanobiology“ und „mechanophysiology“. Mechanobiology beschreibt die Wechselwirkung zwischen Mechanik und Biologie in Anlehnung an Y. C. Fung, 2002. Modelle werden vorgestellt, welche die Eigenschaften superschneller Muskulatur beschreiben, das visco-elastische Verhalten weicher Materialien und das plastische Verhalten biologischer Materialen theoretisch beschreiben. Im Abschnitt „mechanophysiology“ wird die Leistungsfähigkeit des menschlichen Bewegungsapparates mit seinen linearen Motoren inklusive Atmung- und Herz-Kreislaufsystem theoretisch beschrieben um quantitative Aussagen zu ermöglichen. Verschiedene leistungsphysiologische Tests (Conconi, Wingate) werden analysiert und diskutiert. Am Beispiel Fahrradfahren wird der Antrieb (kreisförmige versus lineare Bewegung der Pedale) beschrieben und bezüglich des Wirkungsgrades analysiert. Der andere Teil der Vorlesung ist anwendungsorientiert. Am Beispiel der Prothetik wird die Mechanik und deren kinematische Zwänge von natürlichen und künstlichen Gelenken analysiert und diskutiert. Von Interesse sind die relevanten Lastfälle und die Änderungen der Beanspruchungen bei künstlichen Gelenken im Vergleich zur natürlichen Situation. Mögliche Messmethoden und das Vorgehen bei outcome-Studien werden illustiert.

Resources