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In der heutigen Zeit sind viele Menschen von Rückenschmerzen betroffen. Besonders in der Industrie, beispielsweise im Bereich der Logistik oder der Produktion, kommt es durch die gesundheitlichen Beschwerden zu Arbeits- und Produktionsausfällen. Um den Beschwerden vorzubeugen, werden Exoskelette entwickelt, die das Muskel-Skelett-System unterstützen.
Exoskelette sind am Körper getragene Assistenzsysteme, die mechanisch auf den Körper einwirken. Insbesondere reduzieren sie den Kompressionsdruck im Bereich des unteren Rückens. In diesem Zusammenhang wird mit der vorliegenden Bachelorarbeit die Entlastung der Lendenwirbel durch den Einfluss von Exoskelett-typischen Kräften, die im Bereich des Brustkorbs und der Oberschenkel wirken, untersucht. Dabei beschränkt sich die Untersuchung auf eine Anhebung, wie beispielsweise die Anhebung einer Kiste.
Mithilfe eines markerbasierten und nicht-invasiven 3D-Aufnahmeverfahrens wird eine Hebebewegung ohne Exoskelett aufgenommen. Die experimentelle Aufnahme wird in der Software OpenSim mit einem computerbasierten Skelettmodell verknüpft. Durch das Hinzufügen von Exoskelett-typischen Kräften, die auf das Skelettmodell beim Anheben wirken, wird die Krafteinwirkung während des Tragens eines Exoskeletts simuliert. Dabei entstehen Drehmomente im unteren Rückenbereich, die in dieser Arbeit analysiert werden.
Die Auswertung des nicht-invasiven Verfahrens liefert die Erkenntnis, dass der Einsatz eines Exoskeletts beim Anheben im Bereich der Lendenwirbel zu einer Verringerung der Drehmomente und somit zu einer Verringerung der Belastung des unteren Rückens führt.
This article presents a comparative experimental study of the electrical, structural and chemical properties of large‐format, 180 Ah prismatic lithium iron phosphate (LFP)/graphite lithium‐ion battery cells from two different manufacturers. These cells are particularly used in the field of stationary energy storage such as home‐storage systems. The investigations include (1) cell‐to‐cell performance assessment, for which a total of 28 cells was tested from each manufacturer, (2) electrical charge/discharge characteristics at different currents and ambient temperatures, (3) internal cell geometries, components, and weight analysis after cell opening, (4) microstructural analysis of the electrodes via light microscopy and scanning electron microscopy, (5) chemical analysis of the electrode materials using energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, and (6) mathematical analysis of the electrode balances. The combined results give a detailed and comparative insight into the cell characteristics, providing essential information needed for system integration. The study also provides complete and self‐consistent parameter sets for the use in cells models needed for performance prediction or state diagnosis.
Treadmills are essential to the study of human and animal locomotion as well as for applied diagnostics in both sports and medicine. The quantification of relevant biomechanical and physiological variables requires a precise regulation of treadmill belt velocity (TBV). Here, we present a novel method for time-efficient tracking of TBV using standard 3D motion capture technology. Further, we analyzed TBV fluctuations of four different treadmills as seven participants walked and ran at target speeds ranging from 1.0 to 4.5 m/s. Using the novel method, we show that TBV regulation differs between treadmill types, and that certain features of TBV regulation are affected by the subjects’ body mass and their locomotion speed. With higher body mass, the TBV reductions in the braking phase of stance became higher, even though this relationship differed between locomotion speeds and treadmill type (significant body mass × speed × treadmill type interaction). Average belt speeds varied between about 98 and 103% of the target speed. For three of the four treadmills, TBV reduction during the stance phase of running was more intense (> 5% target speed) and occurred earlier (before 50% of stance phase) unlike the typical overground center of mass velocity patterns reported in the literature. Overall, the results of this study emphasize the importance of monitoring TBV during locomotor research and applied diagnostics. We provide a novel method that is freely accessible on Matlab’s file exchange server (“getBeltVelocity.m”) allowing TBV tracking to become standard practice in locomotion research.
Objective: To identify and evaluate the evidence of the most relevant running-related risk factors (RRRFs) for running-related overuse injuries (ROIs) and to suggest future research directions.
Design: Systematic review considering prospective and retrospective studies. (PROSPERO_ID: 236832)
Data sources: Pubmed. Connected Papers. The search was performed in February 2021.
Eligibility criteria: English language. Studies on participants whose primary sport is running addressing the risk for the seven most common ROIs and at least one kinematic, kinetic (including pressure measurements), or electromyographic RRRF. An RRRF needed to be identified in at least one prospective or two retrospective studies.
Results: Sixty-two articles fulfilled our eligibility criteria. Levels of evidence for specific ROIs ranged from conflicting to moderate evidence. Running populations and methods applied varied considerably between studies. While some RRRFs appeared for several ROIs, most RRRFs were specific for a particular ROI. The biomechanical measurements performed in many studies would have allowed for consideration of many more RRRFs than have been reported, highlighting a potential for more effective data usage in the future.
Conclusion: This study offers a comprehensive overview of RRRFs for the most common ROIs, which might serve as a starting point to develop ROI-specific risk profiles of individual runners. Future work should use macroscopic (big data) approaches involving long-term data collections in the real world and microscopic approaches involving precise stress calculations using recent developments in biomechanical modelling. However, consensus on data collection standards (including the quantification of workload and stress tolerance variables and the reporting of injuries) is warranted.
Governments have restricted public life during the COVID-19 pandemic, inter alia closing sports facilities and gyms. As regular exercise is essential for health, this study examined the effect of pandemic-related confinements on physical activity (PA) levels. A multinational survey was performed in 14 countries. Times spent in moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) as well as in vigorous physical activity only (VPA) were assessed using the Nordic Physical Activity Questionnaire (short form). Data were obtained for leisure and occupational PA pre- and during restrictions. Compliance with PA guidelines was calculated based on the recommendations of the World Health Organization (WHO). In total, n = 13,503 respondents (39 ± 15 years, 59% females) were surveyed. Compared to pre-restrictions, overall self-reported PA declined by 41% (MVPA) and 42.2% (VPA). Reductions were higher for occupational vs. leisure time, young and old vs. middle-aged persons, previously more active vs. less active individuals, but similar between men and women. Compared to pre-pandemic, compliance with WHO guidelines decreased from 80.9% (95% CI: 80.3–81.7) to 62.5% (95% CI: 61.6–63.3). Results suggest PA levels have substantially decreased globally during the COVID-19 pandemic. Key stakeholders should consider strategies to mitigate loss in PA in order to preserve health during the pandemic.
Die freie Achillessehne wird bis heute meist als homogene Struktur betrachtet. Jedoch gibt es viele anatomische Studien, die einen verdrehten Aufbau der Achillessehne aufzeigen. Des Weiteren gibt es Studien der Achillessehne in vivo (hier nur in der Sagittalebene), als auch in vitro, bei denen heterogene Verschiebungen nachgewiesen wurden. So stellt sich die Frage, ob die Achillessehne wirklich als homogene Struktur betrachtet werden kann oder ob der besondere Aufbau einen maßgeblichen Einfluss auf die Physiologie hat. In dieser Studie sollen nun mit Hilfe von Ultraschalluntersuchungen Bewegungen in der Transversalebene der Achillessehne aufgenommen werden. Eine solche Studie gab es bisher noch nicht und könnte deswegen weitere wichtige Informationen über die Achillessehne liefern. Durch lokale, isolierte Stimulationen des musculus gastrocnemius medialis (GM) und musculus gastrocnemius lateralis (GL), soll gezeigt werden, ob es zu heterogenen Bewegungsmustern in der Achillessehne kommt. Analysiert werden die Ultraschallaufnahmen mittels einem 2D Speckle Tracking Verfahren, das auch in anderen Studien in der Sagittalebene verwendet wurde, seinen Ursprung jedoch in der Kardiologie findet. In dieser Pilotstudie wurden fünf Proband:innen (29,2 ± 8,5 Jahre) untersucht. Als Ergebnis wurden bei fast allen Proband:innen lokal unterschiedliche Bewegungsmuster in der Achillessehne bei isolierter Stimulation des GM und GL erfasst. In den drei Stimulationen, die pro Muskel durchgeführt wurden, waren die Ergebnisse innerhalb eines Probanden jeweils sehr ähnlich. Um die Funktionsweise und deren Einfluss nun noch genauer zu analysieren, gilt es in der Zukunft weitere Parameter in das Grundkonzept dieser Studie hinzuzufügen und mehr Proband:innen zu testen.
The compliant nature of distal limb muscle-tendon units is traditionally considered suboptimal in explosive movements when positive joint work is required. However, during accelerative running, ankle joint net mechanical work is positive. Therefore, this study aims to investigate how plantar flexor muscle-tendon behavior is modulated during fast accelerations. Eleven female sprinters performed maximum sprint accelerations from starting blocks, while gastrocnemius muscle fascicle lengths were estimated using ultrasonography. We combined motion analysis and ground reaction force measurements to assess lower limb joint kinematics and kinetics, and to estimate gastrocnemius muscle-tendon unit length during the first two acceleration steps. Outcome variables were resampled to the stance phase and averaged across three to five trials. Relevant scalars were extracted and analyzed using one-sample and two-sample t-tests, and vector trajectories were compared using statistical parametric mapping. We found that an uncoupling of muscle fascicle behavior from muscle-tendon unit behavior is effectively used to produce net positive mechanical work at the joint during maximum sprint acceleration. Muscle fascicles shortened throughout the first and second steps, while shortening occurred earlier during the first step, where negative joint work was lower compared with the second step. Elastic strain energy may be stored during dorsiflexion after touchdown since fascicles did not lengthen at the same time to dissipate energy. Thus, net positive work generation is accommodated by the reuse of elastic strain energy along with positive gastrocnemius fascicle work. Our results show a mechanism of how muscles with high in-series compliance can contribute to net positive joint work.
Introduction: The use of scaffolds in tissue engineering is becoming increasingly important as solutions need to be found to preserve human tissues such as bone or cartilage. Various factors, including cells, biomaterials, cell and tissue culture conditions, play a crucial role in tissue engineering. The in vivo environment of the cells exerts complex stimuli on the cells, thereby directly influencing cell behavior, including proliferation and differentiation. Therefore, to create suitable replacement or regeneration procedures for human tissues, the conditions of the cells’ natural environment should be well mimicked. Therefore, current research is trying to develop 3-dimensional scaffolds (scaffolds) that can elicit appropriate cellular responses and thus help the body regenerate or replace tissues. In this work, scaffolds were printed from the biomaterial polycaprolactone (PCL) on a 3D bioplotter. Biocompatibility testing was used to determine whether the printed scaffolds were suitable for use in tissue engineering.
Material and Methods: An Envisiontec 3D bioplotter was used to fabricate the scaffolds. For better cell-scaffold interaction, the printed polycaprolactone scaffolds were coated with type-I collagen. Three different cell types were then cultured on the scaffolds and various tests were used to investigate the biocompatibility of the scaffolds.
Results: Reproducible scaffolds could be printed from polycaprolactone. In addition, a coating process with collagen was developed, which significantly improved the cell-scaffold interaction. Biocompatibility tests showed that the PCL-collagen scaffolds are suitable for use with cells. The cells adhered to the surface of the scaffolds and as a result extensive cell growth was observed on the scaffolds. The inner part of the scaffolds, however, remained largely uninhabited. In the cytotoxicity studies, it was found that toxicity below 20% was present in some experimental runs. The determination of the compressive strength by means of the universal testing machine Z005 by ZWICK according to DIN EN ISO 604 of the scaffolds resulted in a value of 68.49 ± 0.47 MPa.
Bifaziale Photovoltaikmodule werden durch ihre höhere Leistung, bezogen auf den Flächenbedarf immer attraktiver. Die meisten der bislang hergestellten Photovoltaik Module sind Monofazial ausgeführtund schöpfen damit nicht ihr vollständiges Potential aus. Weiterhin bestehen die konventionell hergestelltenPhotovoltaik(PV) Module aus einem Verbund aus Glas und Kunststoff sowie verschiedenen Metallen, was die Entsorgung oder ein Recycling kostenaufwendig und kompliziert gestaltet. Die Firma Apollon greift diese Punkte auf und versucht, beides in dem NICE-Modul(Siehe Anhang 12.1)zu vereinen,nämlich ein bifaziales Modul, bei dem die PV-Zellen zwischen zwei Glasplatten, anstelle von zwei Kunststoffen eingespannt werden. Die Hochschule Offenburg ist F&E-Partner der Firma Apollon und betreibt ein kleines Labor zur Herstellung von NICE-Modulen. Zu Testzwecken werden diese der Witterung ausgesetzt und so der Energieertrag,sowie deren Lebensdauer unter geltenden Witterungsbedingungen ermittelt. In der Masterarbeit von Benjamin Smith[1]stellte sich heraus, dass sich bei den Modulen nach weniger als zwei Wochen im Freien die Klebefläche zwischen den Glasplatten löste. Somit fielen die Module beim Witterungstest unter realen Bedingungen durch.Im Anschluss an die Arbeit von Benjamin Smith besteht diese Arbeit darin,einen Außenteststand zu konzipieren und aufzubauen, um das in Zwischenzeit neu entworfene Klebe-konzept, welches einem TC 50 Test standhielt, auf die Lebensdauer im Freien und das PV Modul selbst auf den elektrischen Ertrag zu untersuchen. Für den elektrischen Ertrag werden Strom-und Spannungsverlauf aufgezeichnet. Außerdem musste für eine Charakterisierung der Module die Bestrahlungsstärke,der Temperaturverlauf, sowie die Inho-mogenität der Bestrahlungsstärke auf der Rückseite und die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Um eine Alterung des Modulwechselrichters auszuschließen, werden speziell dafür die Wechselspannung und Leistung auf der Ausgangsseite des Modulwechselrichters aufgezeichnet. Sämtliche modulrelevanten Messwerte werden im 3-5 s Intervall abgespeichert und sind auf einem Webserver sowie für eine spätere Datenanalyse als .csv Datei abrufbar. Somit eignet sich die Messeinrichtung lediglich für eine Bilanzierung,nicht aber für eine Leistungsmessung.
Für den Außenteststand musste eine Unterkonstruktion, geeignet für bifaziale Module entworfen und aufgebaut werden. Die Konstruktion ist vollständig aufgebaut. Das Messsystem wurde auf deren Funktion erfolgreich geprüft und steht bis auf die Strahlungsinhomogenitätsmessung im Technikum am Campus Nord der Hochschule Offenburg bereit zur Inbetriebnahme.
Der allgegenwärtige Einsatz von numerischen Strömungssimulationen, wie sie in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrt vorkommen, führt zu einem deutlichen Anstieg der benötigten Möglichkeiten und erhöhten Ansprüche an die Programme. Dadurch können mittlerweile auch komplexe Szenarien zuverlässig simuliert werden, was durch die stetige Steigerung der Rechenleistung weiter an Bedeutung gewinnt. Da auch das Verhalten von nicht newtonschen Fluiden immer präziser über speziell erstellte rheologische Modelle vorhergesagt werden kann, gilt es nun zu prüfen, ob und wie gut diese Modelle in einer Simulation umgesetzt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Simulation anhand eines konkreten Anwendungsfalles erstellt. Dabei wird das Viskositätsverhalten von drei scherverdünnenden Fluiden in einer Rohrleitung mit Querschnittreduzierung untersucht und dabei die Vorgehensweise geschildert. So wird unter anderem gezeigt, wie die Geometrie und deren Vernetzung durchzuführen ist und erklärt, welche Einstellungen für das gewünschte Strömungsverhalten erforderlich sind. Für die Beschreibung der Fluide werden dabei sowohl programmeigene Modelle als auch erweiterte Modelle verwendet, die in der Software implementiert werden müssen.
Bei dem Vergleich der Ergebnisse werden letztlich die Druckverluste, die in der Geometrie entstehen und verschiedene Schubspannungsverläufe mit den Messwerten aus der Literatur verglichen.