Die peristaltische Lokomotion von als Vorbild für eine technische LumbRescueUs Die peristaltische Lokomotion von Lumbricus terrestris als Vorbild für eine technische Applikation Gruppe 5 / Laufen Projektmanagement, Modul 3.5 b, Dozentin: Prof. Dr. Antonia B. Kesel

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 LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Biologisches Vorbild

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 Borstenbildung im Follikelfundus Borstenbewegung durch Muskulatur Follikelhals als Austrittsstelle der Borste Vier Borstenpaare pro Segment Vier Borstentypen Körperborsten, Ring- und Längsmuskulatur bilden Funktionseinheit (Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002) 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) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Vorhandene technische Umsetzungen

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

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) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Lawinenrettung

Bestehende Rettungssysteme Der Avalanche - Airbag Das Lawinenverschüttetensuchgerät (LVS) Der Lawinenball Snow Pulse Die AvaLung LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Allgemeine Informationen 91 % bei 18 Min. 34 % bei 35 Min. 7 % bei 130 Min. (verändert nach Brugger et al., 2007) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Optimierung durch Rettungswurm Automatisiertes Rettungssystem Punktsondierung / -ortung entfällt Erhöhter Komfort durch Platzeinsparung Möglicher Preisvorteil LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

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

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 LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Anbringung & Funktion des Systems Drucksensoren lösen den Rettungswurm aus Anschließende Bewegung Richtung Oberfläche Markierung durch gefärbte Segmentflüssigkeit LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems Weiterentwicklungen Linearmotor (Segment/Borsten) Lichtsensorik Lagesensorik Mögliches Heizelement LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

Ausblick

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 LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems