Index

In Deutschland werden jährlich über 60.000 Amputationen durchgeführt – überwiegend an den unteren Extremitäten. Dies führt zu massiven Einschränkungen der Mobilität, weshalb viele Patient:innen auf Prothesen angewiesen sind. Die derzeitige Prothesenversorgung basiert auf manueller Palpation und Gipsabdruck, wodurch die Qualität stark von der subjektiven Einschätzung und Erfahrung der Orthopädietechniker:innen abhängt.

Im aktuellen Forschungsprojekt HapticScan wird ein neuartiges haptisches Scansystem entwickelt, das die manuelle Palpation digitalisiert und objektivierbar macht. Dabei werden elastographische Ultraschalldaten mit präzisen Positionsdaten kombiniert, um die Gewebestruktur dreidimensional zu rekonstruieren.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein System entwickelt werden, das in der Lage ist, die Position und Ausrichtung einer Ultraschallsonde während der Messung in Echtzeit zu erfassen. Die Lokalisierungsdaten sollen mit Bilddaten zur 3D-Rekonstruktion fusioniert werden. Moderne SLAM-Ansätze wie ORB-SLAM3 oder VINS-Fusion sollen zur präzisen Erfassung von Trajektorien und zur Echtzeitverarbeitung integriert und evaluiert werden.

Inhalte:

• Eigenständige Einarbeitung in relevante Grundlagen (Ultraschall, Elastographie, SLAM, Sensorfusion, Lokalisierung)
• Recherche zum Stand der Technik im Bereich Tracking und Echtzeit-3D-Rekonstruktion
• Konzeption und mechanische Integration der Kamera an der Ultraschallsonde
• Implementierung eines Echtzeit-Tracking-Systems (z. B. ORB-SLAM3 oder VINS-Fusion)
• Fusion der Trackingdaten mit Ultraschallinformationen zur 3D-Rekonstruktion des Gewebes
• Evaluation der Systemgenauigkeit und Echtzeitfähigkeit

Voraussetzungen:

• Interesse an interdisziplinären Themen (Medizintechnik, Robotik, Computer Vision)
• Erste Erfahrungen mit Sensortechnik, Bildverarbeitung oder SLAM-Verfahren
• Programmierkenntnisse in Python oder C++
• Erfahrung mit ROS, OpenCV oder ähnlichen Frameworks von Vorteil
• Sorgfältige, selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

Bewerbung: Interessierte Studierende senden ihre Bewerbung mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf per E-Mail.

Beginn: ab sofort

Motivation

Die Technologien der mobilen Robotik ermöglichen neue Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mobilität und Orientierung. Dazu gehören sowohl das am FAPS entwickelte Assistenzsystem für Blinde als auch der am FAPS entwickelte intelligente Rollstuhl.

Bei der Personennavigation steht der Komfort für die unterstützte Person im Vordergrund. Dazu müssen Komfortfaktoren sowohl für den Passagier als auch für umstehende Personen berücksichtigt werden. Ein Aspekt ist die Sichtbarkeit der Umgebung bei der Wegplanung, auch Visibility Index genannt. Im Rahmen dieser Arbeit soll dieser Visibility Index in einem Costmap Layer für die Navigation mittels NAV2 implementiert und mit einem realen autonomen Rollstuhl getestet werden.

Ziele und Arbeitsschritte

• Einarbeitung in ROS
• Einarbeitung in das Themenfeld der Personennavigation
• Implementierung eines Visibility Layers für NAV2
• Durchführung von Experimenten

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Grundlegende Programmierkenntnisse sollten vorhanden sein
• Vorkenntnisse in ROS von Vorteil, aber nicht zwingend notwendig
• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Motivation

Technologien der mobilen Robotik ermöglichen neue Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mobilität von betroffenen Personen. Bei der Personennavigation steht der Komfort für die Person im Vordergrund. Dazu müssen Komfortfaktoren sowohl für den Passagier als auch für umstehende Personen berücksichtigt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein prototypischer Versuchsaufbau mit IMU und/oder EKG am Rollstuhl realisiert werden, um den Zusammenhang zwischen Beschleunigung sowie Vitaldaten und dem Passagierkomfort experimentell zu untersuchen. Dazu sollen im Rahmen dieser Arbeit reale Nutzerstudien mit einem autonomen Rollstuhl in unserem Labor durchgeführt werden.

Ziele und Arbeitsschritte

• Einarbeitung in ROS
• Einarbeitung in das Themenfeld der Personennavigation
• Implementierung des Versuch Aufbaus
• Durchführen von Probandenstudien

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Grundlegende Programmierkenntnisse sollten vorhanden sein
• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Motivation

Mobilitätseinschränkungen haben weitreichende Folgen für den Alltag der Betroffenen und führen neben der körperlichen Einschränkung häufig auch zu psychischen Problemen. Der Rollstuhl stellt für die Betroffenen die einzige Möglichkeit dar, am täglichen Leben teilzunehmen. Aufgrund von Funktionseinschränkungen der oberen Extremitäten, z.B. durch eine Querschnittlähmung, sind jedoch nicht alle Menschen mit Behinderung in der Lage, einen klassischen oder elektrischen Rollstuhl selbstständig zu bedienen.

Ziel des Projektes EMGRoll ist die Entwicklung eines Sensor-Kits, das durch die Kombination von Elektromyographie und Umgebungssensorik eine intuitive Steuerung von elektrisch angetriebenen Rollstühlen ermöglicht. In Zusammenarbeit mit n-squared Lab wird dazu eine EMG-Schnittstelle zu einem intelligenten Rollstuhl erforscht. Am FAPS wird dazu eine geteilte Navigation entwickelt, um die Bewegungssignale intelligent an die Umgebung anzupassen. Dies soll eine intuitive und sichere Steuerung des Rollstuhls auch bei körperlichen Einschränkungen der Betroffenen ermöglichen.

Zielstellung

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Implementierung einer geteilten Navigation (Shared Control) für Personenassistenzsysteme am Beispiel des Blindenassistenzsystems und eines intelligenten Rollstuhls. Darüber hinaus sind weitere Themen auf Anfrage verfügbar.

Die Arbeit beinhaltet folgende Schwerpunkte:

• Evaluation des aktuellen Stands der Technik der geteilten Navigation (Shared Control)
• Einarbeitung in das Robot Operating System ROS2
• Weiterentwicklung einer geteilten Navigation in ROS2
• Durchführen von Nutzerstudien.

Hinweise / Anforderungen

Grundlegende Kenntnisse oder die Motivation sich in die Programmierung robotischer Systeme einzuarbeiten sollten vorhanden sein. Das Softwaremodul soll in ROS umgesetzt werden, daher sind Vorkenntnisse in C++ oder Python und ROS von Vorteil, allerdings nicht zwangsläufig erforderlich. Der Umfang und die Zielsetzung ist entsprechend der Vorkenntnisse anpassbar.

Der FAPS bietet ein breites Spektrum an Möglichkeiten sich im Bereich Medizintechnik und Robotik auszuprobieren. Studenten bekommen die Gelegenheit mit verschiedenster Hardware und Software zu arbeiten. Die Arbeitsweise ist flexibel und für ein studentisches Umfeld mit Vernetzungsmöglichkeiten wird gesorgt.

Weitere Infos auf Anfrage. Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf.

Motivation

Die Technologien der mobilen Robotik ermöglichen neue Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mobilität und Orientierung. Dazu gehören sowohl das am FAPS entwickelte Assistenzsystem für Blinde als auch der am FAPS entwickelte intelligente Rollstuhl. Für solche Systeme können aktuelle Algorithmen der Roboternavigation genutzt werden. Bisherige Ansätze zur sozialen Navigation berücksichtigen nur Komfortfaktoren von Personen in der Umgebung des Roboters, nicht aber die Komfortfaktoren des Passagiers selbst. Dieses Problem soll am FAPS erforscht werden. Weitere Informationen finden Sie in dieser Veröffentlichung.

Für die soziale Navigation unter Berücksichtigung von Personen für mobile Roboter stehen verschiedene Simulations- und Navigationsansätze zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Algorithmen getestet und hinsichtlich des Nutzerkomforts bewertet werden. Darauf aufbauend soll eine Weiterentwicklung implementiert werden, um den Komfort für den Passagier zu erhöhen. Mögliche Lösungsansätze stellen Planner basierend auf dem Social Force Model oder Reinforcement Learning dar.

Ziele und Arbeitsschritte

• Einarbeitung in ROS
• Einarbeitung in das Themenfeld der Personennavigation
• Literaturrecherche zu bestehenden Navigationsansätzen
• Einarbeitung in die Simulationsumgebung HuNavSim
• Bewertung bestehender sozial akzeptierten Navigationsalgorithmen hinsichtlich des Passagierkomforts
• Implementierung neuer Lösungsansätze

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Grundlegende Programmierkenntnisse sollten vorhanden sein
• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Motivation

Im Jahr 2020 waren weltweit 43,2 Millionen Menschen von Blindheit und 295,3 Millionen Menschen von leichten bis schweren Sehbehinderungen betroffen. Die Beeinträchtigung der visuellen Wahrnehmung stellt die Betroffenen im Alltag vor vielfältige Herausforderungen, die sich häufig in einer eingeschränkten Teilhabe am täglichen Leben und damit in einer verminderten Lebensqualität äußern.

Ziel des Forschungsprojektes LOMOBI ist die Entwicklung eines interaktiven Assistenzsystems zur Navigation sehbehinderter Menschen im Alltag. Dazu werden Technologien aus dem Bereich des maschinellen Sehens und der mobilen Robotik adaptiert und weiterentwickelt. Als Vorbild dient der in vorangegangenen Forschungsprojekten entwickelte Rucksack zur Unterstützung von Joggern (siehe Bild). Über eine Umgebungserfassung und eine vibrotaktile sowie auditive Schnittstelle (Vibrationsmotoren / Knochenhörer) können Navigationssignale für die Person abgeleitet und übermittelt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit soll in Anlehnung an das bestehende System ein neuer Aufbau für das Assistenzsystem basierend auf Anforderungen aus der Literatur und Anforderungen aus vorangegangenen Workshops mit sehbeeinträchtigten Personen konzeptioniert und aufgebaut werden. Die entsprechende Software wird dabei bereits zur Verfügung gestellt, Fokus dieser Arbeit liegt auf der Usability und dem Design. Je nach Vorkenntnisse und Umfang der Arbeit kann die Integration der Software mit betrachtet einbezogen werden, um zur Evaluation eine Nutzerstudie durchführen zu können.

Ziele und Arbeitsschritte

• Literaturrecherche zum Aufbau von Electronic Travel Aids (ETAs)
• Einarbeitung in das bestehende LOMOBI System
• Evaluation der Workshop Ergebnisse hinsichtlich der Nutzeranforderungen (Workshop Ergebnisse liegen vor)
• Ableiten der Anforderungen an den Demonstrator
• Konzeptionierung verschiedener Aufbauten
• Hardwareseitige Implementierung eines oder mehrerer Demonstratoren (Budget steht zur Verfügung)
• Testen des Demonstrators in einer Nutzerstudie

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Motivation

Technologien der mobilen Robotik ermöglichen neue Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mobilität und Orientierung. Dazu zählt sowohl das am FAPS entwickelte Assistenzsystem für Blinde als auch der am FAPS entwickelte intelligente Rollstuhl.

Für Personennavigation steht der Komfort für die unterstütze Person im Vordergrund. Dafür müssen Komfortfaktoren sowohl für den Passagier als auch für umstehende Personen berücksichtigt werden.

Zur sozialen Navigation von mobilen Robotern stehen verschiedene Simulationen und Navigationsansätze zur Verfügung. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die verschiedenen Simulationen und Algorithmen ausprobiert und hinsichtlich des Nutzerkomforts bewertet werden.

Ziele und Arbeitsschritte

• Einarbeitung in ROS
• Einarbeitung in das Themenfeld der Personennavigation
• Literaturrecherche zu bestehenden Navigationsansätzen
• Evaluation verschiedener Situationen und Konventionen in denen eine Verhaltensplanung notwendig ist
• Weiterentwicklung das Behaviortree für das Blindenassistenzsystem LOMOBI und/oder intelligenten Rollstuhls
• Evaluation des Implementierten Behaviortree

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Grundlegende Programmierkenntnisse sollten vorhanden sein
• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Motivation

Technologien der mobilen Robotik ermöglichen neue Assistenzsysteme zur Unterstützung der Mobilität und Orientierung. Dazu gehören sowohl das am FAPS entwickelte Assistenzsystem für Blinde als auch der am FAPS entwickelte intelligente Rollstuhl.

Reinforcement Learning bietet eine Alternative zu klassischen Pfadplanern, die durch Simulationen und Experimente trainiert werden können. Damit kann ein Pfadplaner unabhängig von mathematischen Modellen trainiert werden. Dies bietet insbesondere Vorteile in der sozialen Navigation, da der Roboter in der Simulation auf sein soziales Verhalten trainiert werden kann. Die Navigation von Personen erfordert darüber hinaus, dass die Pfadplanung auch Komfortfaktoren der Passagiere berücksichtigt. Dazu muss der bestehende Stand der Technik erweitert werden. Ansätze dazu können diesen Veröffentlichungen entnommen werden:

• Adaptive Social Force Window Planner with Reinforcement Learning
• Learning Local Planners for Human-aware Navigation in Indoor Environments

 

Ziele und Arbeitsschritte

• Einarbeitung in ROS
• Einarbeitung in das Themenfeld der Personennavigation
• Literaturrecherche zu bestehenden Navigationsansätzen mittels RL
• Bewertung bestehender sozial akzeptierten Navigationsalgorithmen hinsichtlich des Passagierkomforts
• Implementierung neuer Lösungsansätze

Benefits

• Hands-on experience in der Entwicklung im Bereich Medizintechnik und Robotik
• Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
• Einblicke in weitere Forschungsbereiche
• Anwendungsbezogene Arbeit für den Berufseinstieg
• Flexible Arbeitsweise

Hinweise zur Bewerbung

• Grundlegende Programmierkenntnisse sollten vorhanden sein
• Vorkenntnisse in ROS von Vorteil, aber nicht zwingend notwendig
• Beginn ist jederzeit möglich
• Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
• Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder gerne im persönlichen Gespräch

Die menschliche Hand ist eine hochkomplexe anatomische Struktur, die uns eine außergewöhnliche Vielseitigkeit und Präzision verleiht. Neurologische und muskuloskelettale Erkrankungen können die Funktionsfähigkeit der Hände beeinträchtigen und die Betroffenen im Alltag vor große Herausforderungen stellen. Das Forschungsgebiet der Medizinischen Assistenz- und Rehabilitationstechnik hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Greiffunktion der Betroffenen mit Hilfe von Handexoskeletten oder aktiven Handorthesen wiederherzustellen.

Im Projekt GraspAgain wird eine mechatronische Neuroorthese für die Hand entwickelt und erforscht, die mit Hilfe von EMG-Sensoren eine intuitive Steuerung der Hand ermöglicht. Am FAPS steht dabei die Forschung mit der seilgetriebenen Handorthese im Vordergrund, während am N-squared lab die Steuerung mit dem EMG-Interface im Vordergrund steht. Mit Hilfe der künstlichen Sehnen und der handschuhähnlichen Orthese wird die von den elektrischen Antrieben erzeugte Kraft auf die Finger übertragen. SeilgetriebeneHandorthesen sind aufgrund ihres geringen Gewichts und ihres Tragekomforts eine vielversprechende Technologie, die zunehmend in den Fokus der Forschung rückt.

Studentische Arbeiten:

Wir suchen motivierte Studierende, die Interesse haben, an dem Projekt im Rahmen einer studentischen Arbeit mitzuwirken (BA, MA, PA). Die genaue Themenstellung wird individuell besprochen und entsprechend den Interessen der Studierenden und der aktuellen Projektsituation ausgearbeitet. Die Aufgaben umfassen dabei verschiedenste Bereiche wie CAD-Konstruktion, Aufbau von Prototypen mittels additiver Fertigung, Evaluation und Validierung im Labor und am Patienten, Systemsteuerung, Auslegung der Mechatronik inklusive Aktorik und Sensorik, Simulation eines digitalen Zwillings, …

 

Bewerbungen bitte per Mail an nico.weber@faps.fau.de 

In enger Zusammenarbeit mit der Lebenshilfe Nürnberger Land soll die Anwendung von Gamification-Prinzipien in bestehenden Lernkonzepten untersucht werden. Lernkonzepte in Werkstätten für behinderte Menschen sind sehr individuell und bedürfen eines langen Prozesses, um auf die spezifischen Arbeitsprozesse von Menschen mit Behinderung detailliert eingehen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst der bestehende Arbeitsprozess mit den dazugehörigen Arbeitsschritten detailliert analysiert werden. Anschließend soll der analysierte Prozess in einem geeigneten digitalen Kontext abgebildet werden. Des Weiteren soll eine Feedbackstruktur (ggf. KI-basiert) implementiert werden, um die Bewegungsabläufe zu überwachen und zu analysieren. Die gewonnenen Ergebnisse dienen dazu, spezifische individuelle Schwierigkeiten in den Bewegungsabläufen zu identifizieren.

Mit Hilfe dieser Ergebnisse können dynamisch individuelle und maßgeschneiderte Minispiele entwickelt werden, mit denen Personen gezielt Bewegungsabläufe trainieren können, die ihnen Schwierigkeiten bereiten. Dadurch kann nicht nur der Lernprozess frustrationsfreier gestaltet, optimiert und beschleunigt werden, sondern die Mitarbeiter in den Werkstätten für behinderte Menschen können sich auch flexibler auf wechselnde Aufgaben und Arbeitsbereiche einstellen.

 

Zu den konkreten Aufgaben der Studierenden gehören:

Eigenständige Literaturrecherche und Einarbeitung

Digitalisierungsprozess eines (speziellen) Arbeitsprozesses

Implementierung einer (KI-basierten) Feedbackstruktur

Design und Entwurf von angepasster Mini-Games

Evaluation und Testung mittels kleiner Nutzerstudie

 

Vorkenntnisse:

Grundlegendes Interesse an medizinischen Themen

Spaß am praktischen Arbeiten

Verantwortungsvoller Umgang mit (behinderten) Menschen

Gewissenhafte Handhabung von Materialien und Geräten

Klar strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

 

Bewerbungen bitte per E-Mail mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf.

 

Beginn:

ab sofort

 

Diese Arbeit bietet den Studierenden die Möglichkeit, praktische Erfahrungen im Bereich Medizintechnik und Gamification zu sammeln. Die Arbeit kann als Bachelor-, Projekt- oder Masterarbeit individuell ausgelegt werden und wird von erfahrenen Wissenschaftler/innen betreut. Wir freuen uns auf Bewerbungen von motivierten und engagierten Studierenden.