Das Verbundprojekt DYMARA hat die Entwicklung eines innovativen digitalen Menschmodells (Manikins) mit  detaillierter Modellierung der Skelettmuskulatur und schnellen numerischen Algorithmen zum Ziel. Mit diesem Manikin soll es möglich werden, den Menschen simulationsgestützt auf optimale Weise in sein Arbeitsumfeld zu integrieren und Ermüdungen, Erkrankungen sowie Unfälle am Arbeitsplatz zu vermeiden. Neben diesen ergonomischen Gesichtspunkten soll das Menschmodell auch zur Therapieplanung im muskulären Bereich und zur Gestaltung von Prothesen und Orthesen eingesetzt werden können. Um die Dynamik des muskuloskeletalen Systems hinreichend genau zu erfassen, wird ein Modellierungsansatz verfolgt, der auf der Methode der mechanischen Mehrkörpersysteme (MKS) basiert. Solche Modelle sind durch die Robotik inspiriert und werden bereits heute in vielen biomechanischen Anwendungsfeldern eingesetzt.

Die Modellierung der Muskulatur stellt jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar, insbesondere wenn Aspekte wie Rechenzeit auf der einen und Berücksichtigung der anatomischen und physiologischen Gegebenheiten auf der anderen Seite zu beachten sind. Hier setzen wir mit unserem Projekt an: Ein neu zu entwickelndes eindimensionales Kontinuumsmodell, das einzelne Muskelfaserbündel realitätsnah beschreibt, soll die bisher üblichen diskreten Kraftelemente im MKS-Modell ersetzen und mit schnellen, problemangepassten numerischen Algorithmen zur Berechnung von Bewegungssequenzen und zur Steuerung des Manikins kombiniert werden.

Teilprojekte

• 05M16UKD | Teilprojekt 1 | Technische Universität Kaiserslautern
• 05M16WEB | Teilprojekt 2 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• 05M16AMD | Teilprojekt 3 | Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)

Publikationen

• Penner, J., & Leyendecker, S. (2019). A Hill Muscle Actuated Arm Model with Dynamic Muscle Paths. In ECCOMAS 2019: Multibody Dynamics 2019 (pp. 52-59). Springer, Cham. DOI 10.1007/978-3-030-23132-3_7. URL https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-030-23132-3_7
   
• Penner, J., & Leyendecker, S. (2019). Biomechanical simulations with dynamic muscle paths on NURBS surfaces. PAMM, 19(1). DOI 10.1002/pamm.201900230. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pamm.201900230
   
• Penner, J., & Leyendecker, S. (2019). Multi-Obstacle Muscle Wrapping Based on a Discrete Variational Principle. In Progress in Industrial Mathematics at ECMI 2018 (pp. 223-229). Springer, Cham. DOI 10.1007/978-3-030-27550-1_28. URL https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-27550-1_28
   
• Penner, J., & Leyendecker, S. (2018). Optimization based muscle wrapping in biomechanical multibody simulations. PAMM, 18(1). DOI 10.1002/pamm.201800311. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pamm.201800311