Mensch-Maschine-zentrierte Entwicklungsmethoden

Mensch-Maschine-zentrierte Methoden sind für die Entwicklung von mensch-orientierten Technologien, die synergetisch mit ihren Nutzern zusammenarbeiten, von entscheidender Bedeutung. Aktuelle Forschung deutet darauf hin, dass Human Factors und technische Aspekten in gleicher Weise berücksichtigt werden müssen, um technisch effiziente Lösungen zu entwickeln, die von den Nutzern akzeptiert werden.

Somit stellen Entwicklungsmethoden, die beide Bereiche berücksichtigen, einen vielversprechenden Ansatz dar. Während technische Herausforderungen offensichtlich sein können, sind Identifikation und Verständnis von Human Factors äußerst anspruchsvolle Aufgaben, die beispielsweise mit Hilfe von Nutzer- und Expertenbefragungen in Angriff genommen werden können. Des Weiteren kann darauf basierend analysiert werden, wie die hierzu erzielten Erkenntnisse mit Produktentwicklungsmethoden kombiniert werden können, um Rahmenwerke zur Mensch-Maschine-zentrierten Entwicklung zu schaffen.

Unsere Forschung beschäftigt sich mit der Identifikation und Modellierung von Human Factors sowie der Entwicklung von Entwurfsmethoden. Thematischer Schwerpunkt dieser Arbeiten ist derzeit die Prothetik der unteren Extremitäten. Hierzu führen wir Nutzer- und Expertenstudien durch und werten diese mit Experten aus der Psychologie und der Biomechanik aus. Unser Ziel ist ein ganzheitliches Verständnis davon, welchen Einfluss Human Factors auf die Entwicklung von Prothesen für die unteren Extremitäten haben, und dies methodisch zu berücksichtigen. Im Allgemeinen untersuchen wir die Integration technischer Systeme in die Körperschemata der Nutzer und die Auswirkung von Human Factors auf Entwurfsentscheidungen.

Wir bitten um Teilnahme an unserer Fragebogenstudie zum technischen Verbesserungspotential von Beinprothesen. Für unsere Fragebogenstudie verwenden wir die Befragungs-software G3plus der Rogator AG.

Derzeitige Projekte zu diesem Thema:

Unterstützt durch das „Athene Young Investigator“ – Programm der TU Darmstadt

Dieses Projekt kombiniert Methoden aus den Ingenieurwissenschaften und Humanwissenschaften zur Bearbeitung des multidisziplinären Gebiets tragbarer Robotiksysteme für die Bewegungsunterstützung und –augmentation.

Durch die Berücksichtigung von Human Factors im Reglerentwurf werden Algorithmen entwickelt, die eine effiziente und natürliche Unterstützung bieten und verhindern, dass sich Nutzer „durch den Roboter gesteuert“ fühlen. Psychophysikalische Experimente zur Erfahrung der Steifigkeit tragbarer Roboter durch die Nutzer führt den Impedanzregelungsentwurf. Bei entsprechender Anpassung erleichtern diese Algorithmen vielseitige Fortbewegungsarten und werden fehlertolerant. Zusätzliche psychometrische und Human-in-the-Loop-Studien untersuchen den Einfluss der Algorithmen auf die Körperschemaintegration der tragbarer Robotiksysteme durch ihre Nutzer. Zur praktischen Validierung werden eine adaptive Unterschenkelprothese und eine aktive Knieorthese als Demonstratoren verwendet. Die Ergebnisse ermöglichen die Spezifizierung einer mensch-orientierten Reglerentwurfsmethode, die der Verbesserung von Nutzerakzeptanz und -zufriedenheit dient.

Kontakt: Philipp Beckerle,

Gefördert durch die DFG: BE 5729/3&11

Das wissenschaftliche Netzwerk befasst sich mit der Körpererfahrung von Menschen, die Assistenzroboter oder andere körper-/nutzernahe Robotiksysteme verwenden. Die Ziele umfassen die Erkundung der technischen Möglichkeiten zur Verbesserung der Erfahrung durch geeignete Mensch-Roboter-Schnittstellen und Roboter-Designs. Hierzu analysieren und diskutieren die am Netzwerk beteiligten Wissenschaftler Maße zur Beurteilung der Körpererfahrung (Körperbild und Körperschema) sowie deren Berücksichtigung in neuen Entwurfsmethoden. Dies beinhaltet die Identifikation geeigneter Wahrnehmungskanäle und die Vorbereitung von Fuß- und Hand-Robotern für die experimentelle Untersuchung von „Rubber Limb Illusions“ und Schnittstellen-Designs.

Weitere Informationen zu den Aktivitäten des Netzwerks finden sich hier.

Kontakt: Philipp Beckerle,

Bild: IMS

Gefördert durch AiF/IGF: 18873 N/2

In einem durch die AiF geförderten Projekt wird in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit zwei weiteren Instituten der TU Darmstadt (Psychologie und Sportwissenschaft) und der Biomechatronik-Gruppe des Fraunhofer IPA Stuttgart an der Optimierung der Vermessung, Anpassung und Fertigung von Beinprothesen-Schaftsystemen gearbeitet: von der Expertise-abhängigen Handarbeit hin zu einer teil-automatisierten Entwicklungsmethode. Mit Hilfe experimenteller Messungen, Modellierungsansätzen, dem Know-how von Orthopädietechnikern und der subjektiven Bewertung durch Amputierte wollen wir den Anpassungsprozess objektivieren und quantifizieren. Forschungsziel ist die Entwicklung einer Methode, welche eine gleichbleibende Qualität in der Schaftanpassung sichert und dabei die Anpassungszeit verkürzt.

Kontakt: Veronika Noll,

Bild: IMS

Abgeschlossene Projekte zu diesem Thema:

Gefördert durch die DFG: RI 2086/7

Ziel des DFG geförderten Forschungsprojektes ist die Entwicklung von Konzepten und Komponenten, die es ermöglicht, Nutzern in dynamischen Situationen adäquate Unterstützung und Sicherheit zu bieten. Hierzu kooperieren wir mit dem Prothesenhersteller Blatchford Product Limited, UK. Durch Kompetenzbündelung von ganzheitlicher Systemarchitektur mechatronischer Systeme seitens des IMS und langjähriger Erfahrung in Prothesenentwicklung sollen innovative Konzepte generiert werden.

Nach Durchführung und Analyse von Probandenstudien mit eigens entwickelter Messtechnik, werden anforderungsgerechte Konzepte für Prothesenkomponenten entwickelt. Eine ganzheitliche mechatronische Entwicklungsmethodik integriert unter anderem Gangerkennungsalgorithmen und Regelkonzepte sowie deren Auslegung und Evaluation. Nach Realisierung von Prototypen werden diese mittels Prüfstand und Nutzertests evaluiert.

Kontakt: Florian Stuhlenmiller,

Bild: IMS

Das durch die TU Darmstadt finanzierte Projekt zielte auf aktive Beinprothesen ab, die nutzerfreundlich und energieeffizient sind. Zur Entwicklung nutzer-orientierter Technik wurden Human Factors psychologisch analysiert und in Ingenieurmethoden integriert. Um die Energieeffizienz zu erhöhen, wurden elastische Antriebssysteme und deren Regelung durch Simulationen des menschlichen Ganges mit und ohne Prothese ausgelegt.

Kontakt: Philipp Beckerle,