Ein Großteil der verwendeten Endoprothesen ist modular aufgebaut und setzt sich aus verschiedenen Bestandteilen, welche aus unterschiedlichen Materialien bestehen können, zusammen. Mikroskopische - insbesondere elektronenmikroskopische - Untersuchungen des Aufbaus dieser Werkstoffe spielen eine große Rolle bei der Forschung zur Verbesserung von Endoprothesen.
Exoprothesen haben ihren Weg in unseren Alltag gefunden. Durch enorme technische Fortschritte finden sie mittlerweile ebenfalls breite Anwendung im Leistungssport. Hier müssen insbesondere die verwendeten Materialien optimal auf die mechanischen Belastungen, die z.B. beim Sprinten auftreten, angepasst sein. Bewegungswissenschaftler und Mechaniker können mit modernen Techniken die Bewegungen analysieren. Die Ergebnisse werden für Simulationen und die Entwicklung und Herstellung der Exoprothesen genutzt.
Bei unzähligen Operationen, insbesondere bei Fixationen von Knochenbrüchen, kommen Schrauben, Stifte oder Platten aus metallischen Werkstoffen zum Einsatz. Meist sind diese für einen kurz- bis mittelfristigen Verbleib im menschlichen Körper ausgelegt. Trotzdem müssen sie höchsten Anforderungen an mechanische Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität entsprechen. Aus Sicht der Werkstofftechnik führt das zu großen Herausforderungen, da bereits geringe Änderungen in der chemischen Zusammensetzung sehr große Auswirkungen auf die resultierenden Eigenschaften haben können.
Die Entwicklung moderner Exoskelette zur Unterstützung von Therapie- und Rehabilitationsprozessen erfordert das komplexe Zusammenspiel verschiedener Fachbereiche. Es müssen sowohl mechanische Stabilität, Anbindung an bestehende Motorik sowie eine verlässlich funktionierende Sensorik und Steuerung gewährleistet werden. Dies kann nur durch eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit von Experten der jeweiligen Fachbereiche erreicht werden.
Auch Cochlea-Implantate zur Verbesserung der Lebensqualität von Gehörlosen können zur Gruppe der Endoprothesen gezählt werden. Der hier dargestellte Aufbau des menschlichen Gehörgangs mit seinen sich inner- und außerhalb befindlichen Bestandteilen verdeutlicht die Komplexität, die in der Entwicklung von Hörprothesen berücksichtigt werden muss. Zusätzlich zu den geometrischen und mechanischen Anforderungen, kommt hier dem Zusammenspiel von Sensorik, Mechatronik und Elektronik große Bedeutung zu.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel im Bereich der Exoprothetik stellen teilweise oder vollständige Handprothesen dar. Diese ermöglichen durch große technische Fortschritte neben dem visuellen Ersatz ebenfalls eine Übernahme von Funktionen der originären Bestandteile. So können unter anderem durch den Einsatz von myoelektrischen Prothesen Greif- und Haltebewegungen der Finger ausgeführt werden. In der Entwicklung solcher Prothesen ist das übergreifende Zusammenspiel der Fachbereiche Mechanik, Simulation, Elektrotechnik, Medizin und Biologie erforderlich.
Stent-Implantationen gehören mittlerweile zu den Standardoperationen in der Kardiologie. Hier ist schematisch der Ablauf während einer Ballon-Angioplastie, bei welcher das Gefäß mithilfe eines Ballons aufgedehnt wird und anschließend vom eingesetzten Stent offen gehalten wird, dargestellt. Neben der Möglichkeit, resorbierbare Materialien für Stents zu nutzen, bestehen diese häufig aus einer Nickel-Titan-Legierung mit speziellen Eigenschaften. Auch die Entwicklung dieser Werkstoffe wird durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit verschiedener Fachbereiche getrieben.
Exoskelette erfüllen hochkomplexe mechanische, sensorische und mechatronische Anforderungen. Sie ermöglichen es, die Bewegungen des Trägers zu unterstützen, zu erleichtern oder zu verstärken – eine von der übergreifenden Zusammenarbeit der Fachrichtungen ermöglichte Erleichterung des Arbeitsalltags in vielen Bereichen.
Die Auslegung, Entwicklung, Optimierung und Herstellung von chirurgischen Instrumenten, wie z.B. Nadeln, Kanülen oder Fräsern stellt ebenfalls ein mögliches Anwendungsgebiet des Biomechanical Engineering dar. Biokompatibilität, mechanische Stabilität oder Sterilisierbarkeit sind nur einige der Herausforderungen, denen hier interdisziplinär begegnet wird.
Letzte Änderung: 09.02.2023 - Ansprechpartner:
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