Lumb Rescue Us
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Projektmanagement, Modul 3.5 b, Dozentin: Prof. Dr. Antonia B. Kesel
LumbRescueUs
Die peristaltische Lokomotion von
Lumbricus terrestris
als Vorbild für eine technische
Applikation
Gruppe 5 / Laufen
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Gliederung• Das biologische Vorbild
– Lumbricus terrestris
• Vorhandene technische Umsetzungen– CRIM in Pisa– Chirurgische Sonde der TU Ilmenau
• Lawinenrettung als Anwendungsbereich
• Technische Umsetzung
• Ausblick und Auswertung
Biologisches Vorbild
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Anatomie von Lumbricus terrestris
• Segmentierter Aufbau
• Homonome Metamerie
• Hydroskelett dient als Widerlager der Muskulatur
(Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002)
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Bau und Funktion der Borsten
(Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002)
Stechborsten Klammerborsten
Ankerborsten Körperborsten
Bewegungsborsten
Geschlechtsborsten
m200 • Borstenbildung im Follikelfundus
• Borstenbewegung durch Muskulatur
• Follikelhals als Austrittsstelle der Borste
• Vier Borstenpaare pro Segment
• Vier Borstentypen
• Körperborsten, Ring- und Längsmuskulatur als Funktionseinheit
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Lokomotion des Regenwurms
• Fortbewegung durch peristaltisches Kriechen
• Grundlage ist die Segmentverformung
• Reibung und Körperborsten als Widerlager
(verändert nach Quillin, 1999)
Vorhandene technische Umsetzungen
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Miniature robotic crawler – CRIM
• Segmentverformung von L. terrestris als Grundlage
• Muskulatur in Form einer SMA-Einheit umgesetzt
• Widerhaken zur Reibungserzeugung
(Grafiken verändert nach Menciassi et al., 2006)
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
PADeMIS – TU Ilmenau
• Peristaltische Lokomotion als Grundlage
• Kochsalzlösung für Hydroskelett
• Sonde für die minimal-invasive Wirbelsäulenchirurgie
(verändert nach Meier et al., 2003)
(nach Dietrich et al., 2004)
Lawinenrettung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Der LawinenballSnow Pulse
Bestehende RettungssystemeDas Lawinenverschüttetensuchgerät (LVS)Der Avalanche - AirbagDie AvaLung
(Paal et al., 2006)http://www.mountainmagic.com
http://www.lawinenball.athttp://www.bergzeit.de
(verändert nach http://www.besportier.com)
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Allgemeine InformationenLawinenunfälle zwischen 1990 und 2005 in Österreich und der Schweiz
Art des Rettungsystem Opfer Überlebende ÜberlebensrateOrtungssystemLVS 317 136 (181) 44,80%ohne 29,40%AktivsystemAvalanche Airbag 35 34 97,10%ohne 81%
Gesamt 1504*
(nach Brugger et al., 2007)
(verändert nach Brugger et al., 2007)
34 % bei 35 Min.
7 % bei 130 Min.
91 % bei 18 Min.
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
0 %
Üb
erle
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swah
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ein
lich
keit
Verschüttungsdauer (Minuten)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
(verändert nach Paal et al., 2006)
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Optimierung durch Rettungswurm
• Automatisiertes Rettungssystem
• Punktsondierung / -ortung entfällt
• Erhöhter Komfort durch Platzeinsparung
• Möglicher Preisvorteil
Technische Umsetzung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Grundaufbau
• Sechs Lokomotionssegmente mit integrierten Borsten
• Jeweils ein Kopf- und Mittelsegment für Sensorik und Steuerung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Umsetzung von Borsten & Motorik
• Vier Borsten pro Segment
• Linearmotor dient der Segmentstreckung und -stauchung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Der Borstenaufbau
Borstenhalterung
Borste
zylindriger Aufbau schaufelartiger Aufbau
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Material
• Außenmaterial aus TPE-E (Thermoplastisches Polyester-Elastomer)– Sehr gute Kälte-, Witterungs- und Lösungsmittelbeständig– Gute Elastizität
• Hydraulikflüssigkeit als Widerlager der Lokomotion– 5,4 molare NaCl Lösung für niedrigen Gefrierpunkt
– < 0,1 % KMnO4 dient der Färbung
• Borsten aus Kunststoff
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Anbringung & Funktion des Systems
• Drucksensoren lösen den Rettungswurm aus
• Anschließende Bewegung Richtung Oberfläche
• Markierung durch gefärbte Segmentflüssigkeit
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Nächste Schritte
• Linearmotor (Segment/Borsten)
• Lichtsensorik
• Lagesensorik
• Mögliches Heizelement
Ausblick
Auswertung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
• Erweiterung der Thematik
• Thematische Verlagerung auf Theorie
• Schaffung von Grundlagen
Projektverlauf
• Zeitmanagement / Arbeitsverteilung
• Kommunikation / Datenaustausch
• Konfliktlösung
LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems
Literaturverzeichnis• Breidenbach, J. (2002): Normalanatomie und – histologie des Lumbriciden
Lumbricus terrestris L. (Annelida, Oligochaeta), Dissertation Uni Münster• Brugger, H. et al. (2007): The impact of avalanche rescue devices on survival,
In: Resuscitation 75 (3), pp. 476-483• Dietrich, J. et al. (2004): Development of a peristaltically actuated device for the
minimal invasive surgery with a haptic sensor array, In: Micro- and Nanostructures of Biological Systems, Shaker-Verlag, Halle
• Meier, P. et al. (2003): Uniaxial and equi-biaxial tension tests of silicone elastomer, In: Busfield, Muhr (Eds.), Constitutive Models for Rubber III, Swets & Zeitlinger, Lisse, pp. 99-106
• Menciassi, A. et al. (2006): Development of a biomimetic miniature robotic crawler, In: Autonomous Robots 21 (2): pp. 155-163
• Paal, P. et al. (2006): Der Lawinennotfall – Eine aktuelle Übersicht, In: Der Anaesthesist 55 (3), pp. 314-324
• Quillin, K. J. (1999): Kinematic Scaling of locomotion by hydrostatic animals: Ontogeny of peristaltic crawling by the earthworm Lumbricus terrestris, In: The Journal of Experimental Biology 202, pp.661-674