Biomedizintechnik
Die Gruppe Biomedizintechnik forscht an der Verbesserung von technischen Systemen für Therapien und Interventionen am Menschen. Hierbei liegt der Fokus auf der Modellierung, Optimierung und Regelung der komplexen, nichtlinearen Interaktion des Systems „Mensch“ mit der Maschine. Je nach Fragestellung kommen hierbei unterschiedliche, meist objektorientierte, Modellierungswerkzeuge zum Einsatz, mit denen sich körpereigene Funktionen und Zusammenhänge intuitiv beschreiben lassen.
Ansprechpartnerin
Aus den Anwendungen ergeben sich übergreifende regelungstechnische Herausforderungen:
- Die menschlichen Prozesse und Systeme sind stark nichtlinear, sehr individuell und häufig noch nicht vollständig verstanden.
- Die Dynamik vieler Systeme deckt mehrere Zeitskalen ab. Das sind zum Beispiel schnelle Reaktionen innerhalb eines Herzschlages oder langfristige Adaptions- und Trainingsmechanismen.
- Die Modelle werden durch Betrachtung verschiedener physikalischer Prozesse wie beispelsweise Starrkörpermechanik, Fluidmechanik und Elektromechanik schnell so komplex, dass sie zur Verwendung in der Regelungstechnik reduziert werden müssen.
- Sensorik ist nur sehr schwer nichtinvasiv einsetzbar, womit exakte Messungen nur eingeschränkt möglich sind.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, forscht die Gruppe Biomedizintechnik in Zusammenarbeit mit interdisziplinären Partnern an regelungstechnischen Verfahren:
- Einsatz von Beobachterkonzepten, um nicht messbare Größen schnell und zuverlässig schätzen zu können
- Modellbasierte nichtlineare Optimierungsverfahren für komplexe Strecken
- Verwendung von echtzeitfähigen nichtlinearen modellprädiktiven Regelungen, bei denen systematisch das nichtlineare Verhalten berücksichtigt werden kann
- Erstellung von reduzierten White-Box-Modellen
Medizinrobotik
Neben den übergeordneten regelungstechnischen Fragestellungen liegt ein Schwerpunkt der Gruppe Biomedizintechnik im Bereich der Medizinrobotik und hier insbesondere in der Verwendung von Industrierobotern zur Interaktion mit dem Menschen.
Forschungsfelder in diesem Bereich sind:
- Optimierung und Regelung der Ansteuerung des Roboters, beispielsweise zur intuitiven Bedienung durch Nichtfachleute oder zur Bewegungskompensation
- Sichere Mensch-Roboter-Interaktion durch Erfassung der Bewegung und Interaktionskräfte
- Verwendung des Roboters als Aktor in Regelkreisen mit dem System „Mensch“ als Regelstrecke
Aktuelle Forschungsthemen:
- Interaktion des Herz-Kreislauf-Systems mit Unterstützungssystemen;
Ventricular Assist Devices, kurz VAD
Smart Life Support 2.0 - Bewegungskompensation in der Strahlentherapie
- Patientenindividualisierte Neurorehabilitation
- Belastungsmanagement im neuromuskulären Aufbautraining