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

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

• Borstenbildung im Follikelfundus

• Borstenbewegung durch Muskulatur

• Follikelhals als Austrittsstelle der Borste

Bau und Funktion der Borsten

(Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002)

• Vier Borstenpaare pro Segment

• Vier Borstentypen

• Körperborsten, Ring- und Längsmuskulatur bilden 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., 2007)

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., 2007)

Lawinenrettung

LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Der LawinenballSnow Pulse

Bestehende RettungssystemeDas Lawinenverschüttetensuchgerät (LVS)Der Avalanche - AirbagDie AvaLung

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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)

91 % bei 18 Min.

34 % bei 35 Min.

7 % bei 130 Min.

LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Optimierung durch Rettungswurm

• Automatisiertes Rettungssystem

• Punktsondierung / -ortung entfällt

• Erhöhter Komfort durch Platzeinsparung

• Möglicher Preisvorteil

Technische Umsetzung

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Grundaufbau

• Sechs Lokomotionssegmente mit integrierten Borsten

• Jeweils ein Kopf- und Mittelsegment für Sensorik und Steuerung

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Umsetzung von Borsten & Motorik

• Vier Borsten pro Segment

• Linearmotor dient der Segmentstreckung und -stauchung

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

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Weiterentwicklungen

• Linearmotor (Segment/Borsten)

• Lichtsensorik

• Lagesensorik

• Mögliches Heizelement

Ausblick

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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

• 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