Projekt zur Auslegung von passiven, strukturoptimierten Orthesen im Oktober 2021 gestartet
Die Fähigkeit koordinierte Bewegungen auszuführen, ist ein zentraler Faktor im alltäglichen Leben der Menschen. Möglich wird dies durch die zielgerichtete Steuerung der großen Anzahl an Muskeln im menschlichen Körper durch das Gehirn. Verschiedene Ereignisse, wie Traumata, Schlaganfälle etc., können jedoch die Nervenstrukturen schädigen und damit motorische Störungen bedingen. Je nach Ort und Ausmaß der Schädigung ist die Muskelfunktion entweder vollständig (Paralyse) oder teilweise (Parese) beeinträchtigt. Häufig betroffen ist dabei die Unterschenkelmuskulatur, was ein pathophysiologisches Bewegungsmuster – das „Foot-Drop-Syndrom“- zur Folge hat. Die Behandlung dessen erfolgt bevorzugt mittels Sprunggelenksorthesen. Aktive Orthesen ermöglichen dabei unter Zuhilfenahme entsprechender Aktoren die Unterstützung beider Gelenk-Drehrichtungen. Die notwendigen Aktoren und Steuerungseinheiten gehen jedoch mit einer Gewichtszunahme einher, welche gepaart mit einer nicht-trivialen Energieversorgung nachteilig für Anwender*innen sind. Passive Orthesen sind dagegen leicht und integral, stabilisieren bzw. stützen jedoch meistens lediglich das Sprunggelenk. Aus diesem Grund soll im Rahmen dieses Forschungsprojektes eine Methodik erarbeitet werden, mit der sich die Auslegung passiver Sprunggelenksorthesen zur Unterstützung beider Gelenk-Drehrichtungen realisieren lässt. Die Untersuchung und Bewertung der Methode bzw. der Designvorschläge für die Orthese erfolgt dabei anhand muskuloskelettaler Menschmodelle und FEM-basierter Strukturoptimierung. Weiterhin soll zur Aufbringung der notwendigen Unterstützung beider Gelenk-Drehrichtungen die Orthese mit Faserverbundkunststoff (FVK)-Leichtbaustrukturen versehen werden. Demnach stellt sich das Vorhaben als eine lehrstuhlinterne Kooperation zwischen dem Leichtbau und der Nutzerzentrierten Produktentwicklung dar. Kernziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer Methodik, mit der die Strukturen so ausgelegt werden können, dass deren Strukturantwort in Symbiose mit dem Gangverhalten der Patient*innen steht und somit eine bestmögliche Behandlung bzw. Kompensation des pathophysiologischen Gangmusters ermöglicht. Dazu soll eine Kopplung zwischen einem FE-Modell der Orthese und einem muskuloskelettalem Menschmodell zur Abbildung des physiologischen und pathophysiologischen Ganges erfolgen. Außerdem soll im Rahmen des Projektes mit Hilfe der Methodik ein optimiertes Orthesendesign identifiziert, prototypisch gefertigt und anhand eines geeigneten Prüfaufbaus evaluiert werden, um die Funktionalität und Sicherheit der Orthese zu gewährleisten.