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Virtuelle Imitation der menschlichen Bewegung

Die Bewegungen großer Muskel-Skelett-Systeme lassen sich perfekt steuern, doch wie diese Steuerungsvorgänge in Einzelnen ablaufen, war bislang schwierig zu simulieren. Ein bulgarisches Forschungsinstitut schlägt deshalb ein integriertes Konzept für den Entwurf von Regelungen in der Computersimulation von erzwungenen und freien Bewegungen vor. Ein solches Konzept könnte sich auf vielen Gebieten wie etwa dem Biomechanical Engineering, der Animation des Körpers menschlichen, der virtuellen Realität und der Robotik als nützlich erweisen.
Virtuelle Imitation der menschlichen Bewegung
Die Bewegungen des menschlichen Körpers - also das Endergebnis des Zusammenwirkens vieler Aktivitäten von Muskeln und Gelenken - hängen sehr stark vom dynamischen Verhalten der extrem komplizierten Einzelelemente ab. Gehen, Laufen, Springen, Greifen oder Werfen sind einfache Bewegungen, zwischen denen Wechselwirkungen in Form einer kontinuierlichen Folge von komplexen Positions- und Körperhaltungsänderungen stattfinden. In allen Fällen werden Muskel-Skelett-Systeme vollständig durch schwer durchschaubare Mechanismen gesteuert, die erst noch erforscht werden müssen, wenn menschliche Bewegungen wirklich realistisch simuliert werden sollen.

Vor diesem Hintergrund hat die bulgarische Forschungsgruppe eine umfasende Strategie für den Entwurf von Steuerungen in der Computersimulation von erzwungenen und freien menschlichen Bewegungen entwickelt. Für freie (d.h. räumlich und zeitlich ungehindert ablaufende) Bewegungen beinhaltet dieses Konzept ein Steuerungs-Lernverfahren, das wiederholte Simulationen der Dynamik und Auswertungen registrierter Bewegungen nutzt. Im Gegensatz dazu können für erzwungene Bewegungen wie etwa zur Verfolgung der Körperhaltung geeignet robuste und optimale Feedback-Steuerungen zur Simulation menschlicher Bewegungen verwendet werden.

Die extrem wirkungsvollen Verfahren zum Simulieren von Mehrkörper-Biomechaniksystemen wurden in zwei verschiedenen Fallstudien verifiziert, in denen jeweils Modelle von erzwungenen und freien Bewegungen enthalten waren. Die veränderliche Struktur und die variablen Parameter des verwendeten Steuerungssystems erlaubten die Optimierung von Merkmalen der simulierten Bewegungen wie z.B. der Ausführungszeit und der Steuerungsenergie. Darüber hinaus wurde der im Projekt entwickelte Steuerungs-Lernalgorithmus auf seine Eignung getestet und mit einer Computersimulation eines vollständigen dynamischen Modells untersucht.

Der Einsatz realistischer dynamischer Modelle in der Bewegungssimulation von Gelenkstrukturen kann die Entwicklung neuer oder die Verbesserung vorhandener Steuerungstechniken vereinfachen, wie sie z.B. bei Prothesenkomponenten zur Anwendung kommen. Die Umsetzung des vorgeschlagenen Konzeptes kann erheblich zur Entwicklung von Bewegungsstrategien und Sehnen-, Muskel- und Gelenkkräften bei Personen beitragen, die bestimmte manuelle Arbeiten ausführen. Weitere nützliche Anwendungen könnten sich auf dem Gebiet der ergonomischen Optimierung von Werkzeugen, Arbeitsplätzen und Mensch-Maschine-Schnittstellen finden.

Verwandte Informationen

Datensatznummer: 80842 / Zuletzt geändert am: 2005-09-18
Bereich: IT, Telekommunikation