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Charakterisierung von Oberflächen ophthalmologischer Implantate (PA/MA)

Ausgangssituation und Aufgabenstellung

Die Oberflächen ur- oder spanend geformter ophthalmologischer Implantate sind durch Oberflächeneffekte und Oberflächenbeschaffenheiten gekennzeichnet die zu Schwierigkeiten bei der Verwendung berührungsloser optischer Messmethoden wie der Konfokaltechnik, der Laserprofilometrie bzw. der Weißlichtinterferometrie führen. Die vorliegende studentische Arbeit untersucht das Potenzial berührungsloser Messverfahren zur Charakterisierung der Oberflächen sowie deren Beeinflussung. Schwerpunkt bildet die Klassifizierung dreidimensionaler Oberflächenparameter sowie die wirtschaftlichen Aspekte verschiedener Herstellverfahren unter Berücksichtigung standardisierter Verfahren und alternativer Methoden der geometrischen Produktspezifikation.

Die Arbeit findet in Kooperation mit der Human Optics AG in Erlangen statt.

Arbeitsschwerpunkte

  • Als Teil unseres Teams gestalten Sie während Ihrer Abschlussarbeit die Zukunft moderner Fertigungsverfahren zur Herstellung ophthalmologischer Implantate (z. B. Intraokularlinsen)
  • Untersuchung von Methoden, mit denen die Rauheit und Topografie der Oberflächen im Herstellprozess charakterisiert, quantitativ beschrieben und überwacht werden kann
  • Ermittlung der optimalen Geräteeinstellungen und bewährter Verfahren für die Messung der Oberflächen ophthalmologischer Implantate
  • Statistische Auswertung der Versuchsergebnisse
  • Unterstützung bei der Industrialisierung der Messmethodik sowie bei der Analyse und Auswertung von Versuchen, durch Aufbau eines geeigneten Teststands
  • Verantwortung bei der Planung und Koordination von Experimenten inkl. Durchführung von Oberflächenanalysen
  • Erstellen von Dokumentationen und Präsentation der Ergebnisse

Vorkenntnisse

  • Ausbildung: Studium im Bereich Maschinenbau, Fertigungstechnik, Chemie, Physik, Materialwissenschaften, Ingenieurwissenschaften oder vergleichbar
  • Erfahrungen und Know-how: Erfahrung von oberflächenanalytischen oder spektroskopischen Methoden von Vorteil
  • Persönlichkeit und Arbeitsweise: motiviert, analytisch denkend, schnell auffassungsfähig, eigeninitiativ, lösungsorientiert und selbstständig

Benefits

  • Spannende, abwechslungsreiche Aufgaben
  • Austausch auf Augenhöhe
  • Kollegiale Unterstützungskultur

Hinweise zur Bewerbung

  • Beginn ist jederzeit möglich
  • Bewerbungen bitte per Email mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
  • Weitere Informationen auf Anfrage per Mail

Bei Fragen zur studentische Arbeit biete ich gerne einen Austausch per MS Teams oder Zoom an – Termin bitte per Mail vereinbaren.

BA/PA/MA: Weiterentwicklung eines Plugins zur Steuerung und Regelung des additiven Fertigungsprozesses (3-D-Druck) mit Silikon

Sowohl im Maschinenbau als auch in der Medizintechnik finden Silikonbauteile aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, wie Temperaturstabilität, Biokompatibilität und Flexibilität, rege Anwendung. Zur individualisierten Herstellung von Silikonbauteilen werden bisher hauptsächlich aufwändige indirekte Gussverfahren verwendet. Neuartige und schwer zu beherrschende additive Verfahren, der direkte Silikondruck, besitzen hingegen das Potential die Fertigung in Zukunft zu vereinfachen, komplexe Geometrien umsetzbar zu machen und eine wirtschaftliche Fertigung ab Losgröße eins zu ermöglichen. Am FAPS werden die innovativen Verfahren Direct Ink Writing (DIW) und Liquid Additive Manufacturing (LAM) für die Herstellung der Silikonbauteile eingesetzt

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll das innerhalb einer Vorgängerarbeit entwickelte Octoprint Plugin zur Steuerung und Regelung des additiven Fertigungsprozesses mit Silikon weiterentwickelt/umstrukturiert werden. Das Plugin kann derzeit für die Steuerung der Kühleinheit eingesetzt werden, während eine dynamische Regelung der Temperaturen noch zu implementieren ist.

Diese Arbeit bietet die Möglichkeit, in ein aktuelles und fortschrittliches Forschungsgebiet einzutauchen und den Einsatz von modernen Technologien in der Fertigung kennenzulernen. Eigene Ideen können in der Softwareentwicklung umgesetzt und praktisch angewendet werden.

Aufgaben:

  • Literaturrecherche zur Pluginentwicklung in Octoprint/Klipper und Regelungstechnik
  • Aufstellung des Regelkreises
  • Implementierung der Regelung innerhalb des Plugins
  • Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

 

Vorkenntnisse:

  • Studium im Bereich Maschinenbau/Mechatronik/Medizintechnik/Elektrotechnik/o.ä.
  • Kenntnisse in Python wünschenswert
  • Interesse an der Additiven Fertigung, Materialwissenschaften und der Entwicklung von Software
  • Engagierte, selbstständige und zuverlässige Arbeitsweise

 

Bewerbungen mit Lebenslauf bitte über das Anfrageformular oder an Lukas.Gugel@faps.fau.de

Implementierung eines Demonstrators zur Durchführung einer Nutzerstudie für das Blindenassistenzsystem LOMOBI

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 das bestehende System zu einem Demonstrator integriert werden, mit dem im Anschluss an diese Arbeit eine Probandenstudie durchgeführt werden kann. Die Arbeit umfasst daher die Integration verschiedener bereits entwickelter Softwaremodule sowie eventuelle Anpassungen der Struktur.

Ziele und Arbeitsschritte

  • Einarbeitung in ROS
  • Einarbeitung in das bestehende LOMOBI System
  • Konzept zur Usability-Studie erarbeiten
  • Ableiten der Anforderungen an den Demonstrator
  • Software- und Hardwareseitige Implementierung des Demonstrators
  • Testen des Demonstrators in kleinem Rahmen

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
  • 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

Behaviortree zur Einhaltung sozialer Konventionen für Roboter und Personennavigationssysteme

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
  • Vorkenntnisse in ROS von Vorteil
  • 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

Sensorfreie 3D Rekonstruktion von Ultraschallbildern

In Deutschland werden jährlich mehr als 60.000 Amputationen durchgeführt. Häufig sind die unteren Extremitäten betroffen, wodurch es zu einer starken Einschränkung der Mobilität kommt und die Patienten für mehr Flexibilität im Alltag auf technische Hilfsmittel wie Prothesen angewiesen sind. Nach aktuellem Standard erfolgt die Prothesenversorgung manuell über die Palpation (Abtastung) und einen Gipsabdruck des Stumpfs, gefolgt von einer händischen Fertigung des Schafts, der als Verbindung zum Körper dient. Durch die stark subjektive Einschätzung ist die Versorgung ausschließlich von der Kompetenz des/der Orthopädietechnikers/in abhängig.

In einem aktuellen Forschungsprojekt soll durch ein neu entwickeltes haptisches Scansystem die manuelle Palpation durch den Orthopädietechniker quantifiziert und digital erfasst werden. Hierfür werden die Sensordaten eines ultraschallbasierten Messverfahrens mit exakten Lokalisierungsdaten fusioniert. Die Datenerfassung wird mittels Ultraschall-Elastographie erforscht und die haptischen Gewebedaten gemessen.

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, aus 2D-Ultraschallbildern ein Volumen in 3D zu rekonstruieren. Für eine präzise Ausrichtung der Bilder sollten im Idealfall lediglich Marker oder Features in den Ultraschallbildern genutzt werden, jedoch keine zusätzlichen Sensoren.

Inhalte:

  • Eigenständige Recherche und Einarbeitung (Ultraschall, 3D Rekonstruktion)
  • Aufnahme von Ultraschallbildern für die anschließende Rekonstruktion
  • Implementierung einer Lösung zur sensorfreien 3D Rekonstruktion
  • Test und Validierung der 3D Rekonstruktion
  • Analyse und Bewertung der Ergebnisse

Vorkenntnisse:

  • Grundlegendes Interesse an medizinischen Themen
  • Grundlegende Programmierkenntnisse und Interesse am Programmieren (insbesondere Python und C++)
  • Verantwortungsvoller Umgang mit den Geräten
  • Klar strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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

Beginn:
ab sofort

Forschung an einem seilgetriebenen Handexoskelett im Projekt GraspAgain

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 

Charakterisierung der Oberschenkelmuskulatur mittels Ultraschall und Ultraschall-Elastographie

In Deutschland werden jährlich mehr als 60.000 Amputationen durchgeführt. Häufig sind die unteren Extremitäten betroffen, wodurch es zu einer starken Einschränkung der Mobilität kommt und die Patienten für mehr Flexibilität im Alltag auf technische Hilfsmittel wie Prothesen angewiesen sind. Nach aktuellem Standard erfolgt die Prothesenversorgung manuell über die Palpation (Abtastung) und einen Gipsabdruck des Stumpfs, gefolgt von einer händischen Fertigung des Schafts, der als Verbindung zum Körper dient. Durch die stark subjektive Einschätzung ist die Versorgung ausschließlich von der Kompetenz des/der Orthopädietechnikers/in abhängig.

In einem aktuellen Forschungsprojekt soll durch ein neu entwickeltes haptisches Scansystem die manuelle Palpation durch den Orthopädietechniker quantifiziert und digital erfasst werden. Hierfür werden die Sensordaten eines ultraschallbasierten Messverfahrens mit exakten Lokalisierungsdaten fusioniert. Die Datenerfassung wird mittels Ultraschall-Elastographie erforscht und die haptischen Gewebedaten gemessen.

Ziel dieser Arbeit ist die Messung und Charakterisierung der Oberschenkelmuskulatur mittels Ultraschall und insbesondere Ultraschall-Elastographie. Es soll untersucht werden, inwieweit die Ultraschall-Elastographie zur Beurteilung der Oberschenkeleigenschaften herangezogen werden kann und wie groß die Unterschiede zwischen verschiedenen Personen sind. Es wird auch untersucht, ob dadurch Rückschlüsse auf unterschiedliche Lebensumstände oder Gewohnheiten im Zusammenhang mit der Oberschenkelmuskulatur gezogen werden können.

Inhalte:

  • Eigenständige Recherche und Einarbeitung (Anatomie des Oberschenkels, Ultraschall, Ultraschall-Elastographie)
  • Gestaltung des Messaufbaus und Entwicklung eines geeigneten Messprotokolls
  • Akquirierung von Probandinnen und Probanden (inkl. Erstellung eines kurzen Fragebogens zu den Lebensumständen)
  • Durchführung von Messungen in entspannter und angespannter Lage (und z.B. nach Belastung)
  • Evaluation der Messungen

Vorkenntnisse:

  • Grundlegendes Interesse an medizinischen Themen
  • Idealerweise Vorerfahrungen mit Ultraschallmessungen
  • Spaß an praktischem Arbeiten
  • Verantwortungsvoller Umgang mit dem Gerät
  • Klar strukturierte und selbstständige Arbeitsweise
  • Freude an der Interaktion mit Menschen

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

Beginn:
ab sofort

Personennavigation für autonome Assistenzsysteme

Motivation

Fortschritte in der mobilen Robotik ermöglichen immer neue Anwendungsgebiete für mobile Roboter, vom Staubsaugerroboter über autonome Rollstühle bis hin zu fahrerlosen Transportsystemen. Diese Technologien eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Assistenzsystemen für seh- oder gehbehinderte Menschen, wie zum Beispiel einen Navigationsrucksack oder einen intelligenten Rollstuhl (siehe Bild). Insbesondere für Anwendungen im unmittelbaren Umfeld des Menschen bestehen hohe Anforderungen an die autonome Navigation hinsichtlich der sozialen Akzeptanz und des Komfortempfindens des Nutzers.

Am FAPS werden neue Algorithmen für eine sozialverträgliche und komfortable Personennavigation entwickelt. Aktuelle Aufgaben sind die Evaluierung von Bewertungsmetriken in der Simulation und die Entwicklung und Implementierung von entsprechenden Karten, Behavior Trees und Pfadplanern für die Navigationsarchitektur des Robot Operating Systems (ROS). Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf der Navigation z.B. in Form von Kostenkarten oder neuartigen Pfadplanern basierend auf dem Social Force Modell.

Die Arbeiten in diesem Bereich umfassen die Einarbeitung in die Thematik der Personennavigation, die Entwicklung und Implementierung eines der Softwaremodule und dessen Evaluierung an einem realen Demonstrator.

Konkretere Informationen erhalten Sie gerne auf Anfrage per Mail in einem persönlichen Gespräch.

 

Benefits

  • Praktische Entwicklungserfahrung im Bereich autonome Navigation und Umgebungswahrnehmung
  • Austausch mit anderen Studierenden am FAPS
  • Einblicke in andere Forschungsgebiete
  • Anwendungsorientierte Arbeit für den Berufseinstieg
  • Flexible Arbeitsweise

Hinweise / Anforderung zur Bewerbung

  • Beginn ist jederzeit möglich
  • Vorkenntnisse in der Programmierung von C++/Python/ROS von Vorteil, können aber auch im Rahmen der Arbeit erworben werden
  • Bewerbung bitte per Email mit aktueller Notenübersicht und Lebenslauf
  • Weitere Informationen auf Anfrage per Mail oder im persönlichen Gespräch

 

 

Indoor und Outdoor Navigation eines Assistenzsystems für sehbeeinträchtigten Personen

Motivation

Weltweit waren 2020 43,2 Mio. Menschen von Blindheit betroffen und 295,3 Mio. Menschen litten unter milden bis schwerwiegenden Sehbeeinträchtigungen. Beeinträchtigungen der optischen Wahrnehmung stellt Betroffene im Alltag vor vielfältige Herausforderungen, die sich oftmals durch eine eingeschränkte Teilhabe am alltäglichen Leben und einhergehend einer verminderten Lebensqualität äußern.

Das Forschungsprojekt LOMOBI hat zum Ziel ein interaktives Assistenzsystem zur Navigation von sehbeeinträchtigten Personen im Alltag zu entwickeln. Dabei werden Technologien aus den Bereichen Computer Vision und mobile Robotik adaptiert und weiterentwickelt. Als Orientierung dient der im vorangegangen Forschungsprojekten entwickelte Rucksack zur Assistenz von Joggern (siehe Bild). Durch eine Umgebungserfassung und eine vibrotaktile sowie auditive Schnittstelle (Vibrationsmotoren / Knochenkopfhörer) können Navigationssignale für die Person abgeleitet und übermittelt werden.

Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist die Evaluation und Entwicklung einer indoor und outdoor Navigationsarchitektur für das bestehende Assistenzsystem. Das im Rahmen des Forschungsprojektes LOMOBI entwickelte System soll sowohl zur Indoor- als auch Outdoornavigation eingesetzt werden können. In diesen Bereichen Stehen unterschiedliche Navigationsinformationen zur Verfügung. In dieser Arbeit sollen Algorithmen zur indoor und outdoor Navigation für das Assistenzsystem evaluiert und umgesetzt werden.

Kontakt

Weitere Informationen gerne auf Anfrage mit Notenübersicht und Lebenslauf per Mail.

BA/PA/MA: Digitale Unterstützung für Menschen mit Behinderung: Gamification zur Verbesserung von Lernprozessen

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.