Biomechanische Modellbildung und Simulation zur Untersuchung der Ergonomie am Arbeitsplatz hinsichtlich der Bestimmung und Auswirkung von Überlastungen der Lendenwirbelsäule

Autorin: Alexandra Bayer

Hochschule: Universität Stuttgart, Promotion 2015

Kurzfassung:

Seit Jahrzehnten beschäftigt sich die Wissenschaft mit der häufig diskutierten Frage, wie komplexe Bewegungen in unserem Organismus geplant, organisiert und kontrolliert werden.

Um Antworten auf diese Frage zu finden, bieten die vorwärtsdynamische Modellierung und Simulation einen möglichen methodischen Rahmen, menschliche Bewegung und deren Zusammenhänge zu untersuchen. Zur Verwendung dieser Methode sind physiologisch motivierte und experimentell validierte Menschmodelle notwendig, deren neuronale sowie biophysikalische Strukturen mithilfe unterschiedlich detaillierter mathematischer Funktionen beschrieben werden.

Da bisher allerdings noch nicht bekannt ist, inwieweit die Wahl einer bestimmten mathematischen Modellbeschreibung die zu simulierende Bewegung beeinflusst, bestand das Ziel dieser Arbeit zunächst darin, die Wirksamkeit von Funktions- und Parametervariationen im Hinblick auf maximale Bewegungsgeschwindigkeiten während eingelenkigen zielgerichteten Armbewegungen zu analysieren. Dabei konnte gezeigt werden, dass die maximalen Geschwindigkeiten am stärksten von der Voraktivierung der einzelnen Muskeln und von der Wahl der Aktivierungsdynamik abhängen.

Auf der Grundlage der hier analysierten Wechselwirkungen zwischen einzelnen biologischen Strukturen an einem einfachen eingelenkigen System konnte im Weiteren überprüft werden, ob und inwieweit sich diese Abhängigkeiten auch für ein komplexes mehrgelenkiges System beobachten lassen. Hierzu wurden die Erkenntnisse aus dem eingelenkigen Armsystem auf das von Rupp et al. entwickelte Gesamt-Menschmodell übertragen, indem die wichtigsten mathematischen Beschreibungen (Funktionen, Parameter) einzelner biologischer Strukturen angepasst und modifiziert wurden. Unter Verwendung eines solchen vorwärtsdynamischen Menschmodells war es schließlich möglich, die internen Lasten einzelner biologischer Strukturen bei einfachen Alltagsbewegungen (Hinsetzen) oder auch bei Ganzkörperschwingungen am Arbeitsplatz zu berechnen.

Ansprechpartner

Dr. Jörg Rissler

Fachbereich 1: Informationstechnolgie – Risikomanagement

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