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Jährlich sind weltweit Millionen Frauen von Endometriose betroffen, einer chronischen Erkrankung, die häufig mit Schmerzen, eingeschränkter Lebensqualität und Fertilitätsproblemen einhergeht. Die Diagnosestellung ist jedoch weiterhin herausfordernd und erfolgt häufig erst nach vielen Jahren. Moderne bildgebende Verfahren wie die Ultraschall-Elastographie ermöglichen die quantitative Bestimmung mechanischer Gewebeeigenschaften und können zusätzliche diagnostische Informationen liefern, da sich Endometrioseherde häufig durch veränderte Gewebesteifigkeiten auszeichnen.

Im Forschungsprojekt EndoKI wird untersucht, wie multimodale Bildgebungsverfahren und künstliche Intelligenz genutzt werden können, um die Diagnostik von Endometriose zu verbessern und patientenspezifische Modelle zu erstellen. Für die Entwicklung und Validierung elastographischer Messmethoden werden realistische Gewebemodelle („Phantome“) benötigt, die reproduzierbare und definierte mechanische Eigenschaften besitzen und typische Gewebekontraste der Erkrankung simulieren.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung, Herstellung und experimentelle Validierung biomechanischer Phantommodelle für elastographische Untersuchungen im Kontext der Endometriose-Diagnostik. Dabei sollen geeignete Materialien ausgewählt, mechanische Eigenschaften gezielt eingestellt und die Phantome hinsichtlich ihrer Eignung für elastographische Messungen charakterisiert werden.

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Inhalte:

• Eigenständige Einarbeitung in die Grundlagen (Endometriose, Ultraschall-Elastographie, Biomechanik von Weichgewebe, Phantomdesign)

• Recherche und Auswahl geeigneter Phantommaterialien (z. B. Silikone, Hydrogele, Polymer- oder Kompositmaterialien)

• Entwicklung eines Phantomdesigns zur Simulation verschiedener Gewebearten und Läsionen

• Herstellung von Phantomprototypen

• Mechanische Charakterisierung der Phantome (z. B. Druckversuche, Materialtests)

• Durchführung und Analyse von Elastographiemessungen

• Bewertung der Reproduzierbarkeit, Stabilität und Langzeitverwendbarkeit der Phantommodelle

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Vorkenntnisse:

• Interesse an medizinischer Messtechnik, Biomechanik oder bildgebender Diagnostik

• Grundlegende Kenntnisse in Mechanik, Materialwissenschaften oder Messtechnik

• Erfahrung im experimentellen Arbeiten ist von Vorteil

• Kenntnisse in Datenanalyse (z. B. Python oder MATLAB) sind wünschenswert

• Strukturierte und selbstständige Arbeitsweise

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

Beginn: ab sofort

Thema: Entwicklung eines transienten Finite-Elemente-Modells (ANSYS) zur Analyse von Hornhautschwingungen

Bereich: Computational Biomechanics | Simulation | Maschinenbau

Software: ANSYS

Ziel: Schaffung eines “Digitalen Zwillings” zur Validierung eines neuartigen Tonometer-Verfahrens

Das Forschungsprojekt

Unser innovatives Handgerät zur Messung des Augeninnendrucks (IOP) basiert auf der Analyse von Schwingungen, die berührungslos durch Schallwellen auf der Hornhaut (Cornea) induziert werden. Um die komplexen Wechselwirkungen zwischen dem akustischen Druck, den viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes und dem Augeninnendruck vollständig zu verstehen, ist eine detaillierte numerische Simulation unerlässlich. Deine Arbeit liefert das theoretische Fundament für das Messprinzip.

Deine Herausforderungen

• Modellaufbau: Entwicklung eines parametrisierten 3D-FE-Modells des vorderen Augensegments (Cornea, Sklera, Limbus) in ANSYS basierend auf vorherigen Arbeiten.
• Materialmodellierung: Implementierung realistischer Materialgesetze für biologisches Weichgewebe. Die Herausforderung liegt in der Abbildung des nicht-linearen, anisotropen und viskoelastischen Verhaltens der Hornhaut.
• Simulation & Randbedingungen:
  • Aufbringen des Augeninnendrucks (IOP) als statische Vorlast (Pre-Stressing).
  • Durchführung transienter dynamischer Analysen zur Simulation der kurzen akustischen Anregung durch das Gerät.
• Sensitivitätsanalyse: Untersuchung, wie sich Änderungen der Geometrie (z. B. Hornhautdicke, Krümmung) und des IOP auf die Schwingungsantwort (Amplituden, Resonanzfrequenzen, Dämpfung) auswirken.
• (Optional/Advanced): Erste Schritte Richtung Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) zur Berücksichtigung des Kammerwassers.

Dein Profil

• Fundierte Kenntnisse in der Finite-Elemente-Methode und praktische Erfahrung mit ANSYS.
• Starkes Interesse an Kontinuumsmechanik und der Simulation biologischer Systeme.
• Abstraktionsvermögen, um komplexe biologische Strukturen in effiziente numerische Modelle zu überführen.

Was wir bieten

• High-End Simulation: Zugang zu leistungsstarken Rechnern für deine Simulationen.
• Theorie trifft Praxis: Deine Simulationsergebnisse werden direkt mit den Messdaten unseres realen Prototyps abgeglichen.

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Thema: Entwicklung eines neuronalen Netzes zur Validierung kontaktloser Selbsttonometrie-Daten

Bereich: Machine Learning | Deep Learning | Medizintechnik

Ziel: Intelligente Fehlererkennung für ein zuverlässiges Anwender-Feedback

Das Forschungsprojekt

Die kontaktlose Messung des Augeninnendrucks zu Hause (Selbsttonometrie) ist ein Meilenstein in der Glaukom-Vorsorge. Damit die Messwerte jedoch klinisch verwertbar sind, müssen Anwendungsfehler – wie eine unzureichende Abdichtung der Druckkammer oder Störungen im Messablauf – sicher erkannt werden. Deine Aufgabe ist es, ein binäres Klassifikationsmodell zu entwickeln, das direkt nach der Messung entscheidet: Ist der Wert valide oder muss die Messung wiederholt werden?

Deine Schwerpunkte

• Data Preprocessing: Entwicklung von Pipelines zur Normalisierung, Bereinigung und Reduktion der Sensordaten auf die entscheidenden Merkmale.
• Modellentwicklung: Training und Optimierung von Neuronalen Netzen, um zwischen gültigen und ungültigen Messungen zu unterscheiden.
• Minimierung der Unsicherheit: Evaluation des Modells mittels Trainings-, Validierungs- und Testdatensätzen, um eine extrem geringe Vorhersageunsicherheit zu erreichen.
• Smart Feedback: Implementierung der Logik für ein direktes Nutzer-Feedback, das die Zuverlässigkeit der häuslichen Diagnose sicherstellt.

Dein Profil

• Sicherer Umgang mit Python und ML-Frameworks (z. B. PyTorch oder TensorFlow).
• Analytische Denkweise und ein grundlegendes Verständnis für die Aufbereitung von Zeitreihen-Daten.
• Interesse daran, theoretisches Wissen über neuronale Netze in ein reales Medizinprodukt zu überführen.

Warum dieses Projekt?

• Sinnstiftende KI: Deine Algorithmen helfen direkt dabei, Fehlbehandlungen zu vermeiden und die Augengesundheit von Patient:innen zu schützen.
• Professionelles Umfeld: Wir bieten dir eine strukturierte Betreuung und die notwendige Rechenpower für dein Modelltraining.
• Innovation: Du arbeitest an der Schnittstelle von modernster Sensorik und Deep Learning.

Hinweise zur Bewerbung

• Beginn: Ab sofort oder nach Vereinbarung jederzeit möglich.
• Bewerbungsunterlagen: Bitte sende deine Bewerbung mit einem aktuellen Lebenslauf und deiner Notenübersicht per E-Mail an: helmut.engelhardt@faps.fau.de.
• Kontakt: Du hast Fragen zum Thema? Weitere Informationen geben ich dir gerne auf Anfrage per Mail oder in einem persönlichen Gespräch vor Ort.

Thema: KI-basierte Schätzung des $IOP$ aus Zeitreihen-Rohdaten unter Einbeziehung biometrischer Faktoren
Bereich: Deep Learning | Signalverarbeitung | Medizintechnik
Datenbasis: Exklusive klinische Studiendaten mit Goldmann-Referenzwerten

Die Forschungsfrage

Wie lässt sich der Augeninnendruck aus den akustischen Antwortsignalen unseres Prototyps präzise berechnen? In einer klinischen Studie wurden bereits Rohdaten von zahlreichen Patienten erfasst. Neben den Referenzwerten des Goldmann-Applanationstonometers (Goldstandard) liegen uns umfassende biometrische Daten vor. Deine Aufgabe ist es, ein Modell zu entwickeln, das nicht nur den Druck schätzt, sondern auch versteht, wie Faktoren wie die Hornhautdicke ($CCT$) oder die Augenlänge das Messergebnis beeinflussen.

Deine Herausforderungen

• Zeitreihen-Analyse: Interpretation der komplexen Rohsignale, die durch die akustische Anregung des Auges entstehen.
• Multimodale Regression: Entwicklung eines Neuronalen Netzes, das sowohl Zeitreihen als auch statische biometrische Faktoren (wie Korneadicke, Alter) als Input verarbeitet.
• Biometrische Korrektur: Untersuchung und Quantifizierung der Einflüsse (Sensitivitätsanalyse): Wie stark verfälschen unterschiedliche Hornhautstärken die Messung und wie kann die KI dies kompensieren?
• Validierung: Statistische Auswertung der Vorhersagegenauigkeit gegen den klinischen Goldstandard (Bland-Altman-Analyse).

Dein Profil

• Erfahrung in der Verarbeitung von Zeitreihen (Time-Series) und fundierte Kenntnisse in Python (PyTorch/TensorFlow).
• Interesse an medizinischer Statistik und der Korrelation physikalischer Parameter.
• Du arbeitest gerne mit “echten”, oft verrauschten Daten aus der klinischen Praxis.

Was wir bieten

• Echte klinische Relevanz: Deine Arbeit trägt direkt dazu bei, die Genauigkeit der häuslichen Glaukom-Vorsorge auf Goldstandard-Niveau zu heben.
• Hochwertiger Datensatz: Zugriff auf eine sorgfältig kuratierte Datenbank aus klinischen Studien.

Hinweise zur Bewerbung

• Beginn: Ab sofort oder nach Vereinbarung jederzeit möglich.
• Bewerbungsunterlagen: Bitte sende deine Bewerbung mit einem aktuellen Lebenslauf und deiner Notenübersicht per E-Mail an: helmut.engelhardt@faps.fau.de.
• Kontakt: Du hast Fragen zum Thema? Weitere Informationen geben ich dir gerne auf Anfrage per Mail oder in einem persönlichen Gespräch vor Ort.

Bereich: Medizintechnik / Elektrotechnik
Impact: Verbesserung der Glaukom-Früherkennung zur Vermeidung von Erblindung

Warum dieses Thema wichtig ist

Der Augeninnendruck ist einer der wichtigsten Indikatoren für Glaukom (Grüne Star). In diesem Projekt entwickeln wir eine neuartige, berührungslose Sensorik, die feine Schwingungen der Cornea nutzt, um diagnostische Präzision auf ein neues Level zu heben. Du arbeitest hier an einer Technologie, die später direkt Patient:innen zugutekommen kann.

Die Herausforderung

Wie misst man die Schwingung einer biologischen Oberfläche, ohne sie zu berühren? Im Rahmen dieses Projekts nutzen wir Schallwellen zur Anregung der Cornea. Deine Aufgabe ist die kapazitive Erfassung dieser Cornea-Schwingung. Da sich die Distanz zwischen Sensor und Auge im Mikrometerbereich ändert, entstehen extrem kleine Kapazitätsänderungen, die präzise vom Hintergrundrauschen getrennt werden müssen.

Dein Beitrag zur Forschung

• Konzeption des Sensorkopfes: Du entwirfst eine Elektrodengeometrie, die optimal auf die Krümmung der Cornea abgestimmt ist.
• Relative Distanzmessung: Du implementierst ein Verfahren zur Erfassung der Schwingungsamplitude $\Delta d$.
• Signal-Rausch-Optimierung: Da biologische Gewebe komplexe dielektrische Eigenschaften haben, optimierst du die Messschaltung (z. B. mittels Lock-in-Verstärkung), um die induzierte Schwingung sauber zu isolieren.
• Validierung am Modell: Du testest dein System an Augen-Phantom oder porzinen Augen, deren Augeninnendruck einstellbar ist.

Was du mitbringst

• Freude an der Verbindung von theoretischer Modellierung und praktischer Laborarbeit.
• Eine strukturierte Arbeitsweise und die Fähigkeit, dich in komplexe, fachübergreifende Fragestellungen einzudenken.
• Kenntnisse in Tools wie MATLAB oder Python sind willkommen, aber kein Ausschlusskriterium.

Hinweise zur Bewerbung

• Beginn: Ab sofort oder nach Vereinbarung jederzeit möglich.
• Bewerbungsunterlagen: Bitte sende deine Bewerbung mit einem aktuellen Lebenslauf und deiner Notenübersicht per E-Mail an: helmut.engelhardt@faps.fau.de.
• Kontakt: Du hast Fragen zum Thema? Weitere Informationen geben ich dir gerne auf Anfrage per Mail oder in einem persönlichen Gespräch vor Ort.

Motivation

Mobilitätseinschränkungen haben weitreichende Folgen für den Alltag der Betroffenen und führen neben der körperlichen Einschränkung häufig auch zu psychischen Belastungen. Der Rollstuhl stellt oft die einzige Möglichkeit dar, am täglichen Leben teilzunehmen. Klassische Steuerungskonzepte stoßen jedoch bei komplexen Krankheitsbildern (z.B. hohen Querschnittlähmungen) an ihre Grenzen, da die verbleibenden Muskelaktivitäten oft nicht ausreichen, um einen Joystick präzise zu führen.

Das Projekt EMGRoll adressiert dieses Problem durch ein Sensor-Kit, das Elektromyographie (EMG) zur Steuerung nutzt. Während klassische Ansätze oft auf starren Regeln basieren, bietet die moderne Robotik mit Methoden des Reinforcement Learning (RL) und Imitation Learning neue Möglichkeiten. Ziel ist es, nicht mehr manuell Regeln für jede Situation zu programmieren, sondern ein multimodales KI-Modell zu trainieren. Dieses soll in der Lage sein, die verrauschten und hoch-individuellen EMG-Signale des Nutzers direkt mit den Umgebungsdaten (z.B. Lidar/Kamera) zu fusionieren. So entsteht eine adaptive “Shared Autonomy”, die die Intention des Nutzers versteht und intelligent in sichere Fahrbefehle umsetzt.

Zielstellung

Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption, Implementierung und Evaluation eines Deep-Learning-basierten Navigationsansatzes, der EMG-Signale und Sensordaten in einem gemeinsamen neuronalen Netz verarbeitet.

Die Arbeit beinhaltet folgende Schwerpunkte:

• Recherche: Evaluation des aktuellen Stands der Technik im Bereich Deep Reinforcement Learning (DRL) und Learning from Demonstration (LfD) für assistive Robotik.
• Konzeption: Entwurf einer multimodalen Netzwerkarchitektur, die physiologische Signale (EMG) und exterozeptive Sensordaten (Lidar/Kamera) als Input verarbeitet.
• Implementierung: Entwicklung der Trainingsumgebung (z.B. in Simulationen wie Gazebo, Unity oder Isaac Sim) und Umsetzung des Agenten in ROS2.
• Training & Evaluation: Training des Modells mittels RL oder Imitation Learning und Validierung der Performance im Vergleich zu klassischen Ansätzen.
• Transfer: (Optional/Je nach Umfang) Sim-to-Real Transfer auf den realen Rollstuhl-Demonstrator am FAPS.

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

References

• Reinforcement Learning Based User-Specific Shared Control Navigation in Crowds
• Learning from demonstration for locally assistive mobility aids
• Learning Shared Control by Demonstration for Personalized Wheelchair Assistance
• Shared control of a brain-actuated intelligent wheelchair
• Shared control methodology based on head positioning and vector fields for people with quadriplegia

Motivation

Für Menschen mit schweren körperlichen Einschränkungen ist die Bedienung eines konventionellen Joysticks oft unmöglich. Das Projekt EMGRoll entwickelt daher eine Schnittstelle, die Muskelaktivitäten (EMG) in Steuerbefehle übersetzt. Ein kritischer Faktor für den Erfolg dieser Technologie ist das Training der Nutzer: Sie müssen lernen, spezifische Muskelgruppen isoliert anzuspannen, um den Rollstuhl präzise zu lenken.

Aktuell erfolgt dieses Feedback über einfache 2D-Animationen auf einem Bildschirm. Dieser Ansatz ist jedoch abstrakt und bildet die reale Fahraufgabe nur unzureichend ab. Im Rahmen dieser Arbeit soll daher ein Virtual Reality (VR) Trainingsprozedere entwickelt werden. Durch den Einsatz eines “Digitalen Zwillings” in einer simulierten Umgebung (Unity) können KI Modelle trainiert werden und Nutzer gefahrlos üben. Die VR-Umgebung dient dabei nicht nur der Visualisierung, sondern als direkte Stimulanz für die EMG-Datenaufnahme: Statt abstrakter Kurven sieht der Nutzer, wie sich seine Muskelanspannung direkt in die Bewegung des virtuellen Rollstuhls übersetzt. Dies erhöht die Immersion, die Motivation (Gamification) und verbessert potenziell die Klassifikationsgenauigkeit der Algorithmen.

Zielstellung

Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption und Implementierung einer VR-basierten Trainingsumgebung, die als intuitives Interface zur Aufnahme von EMG-Kalibrierungsdaten und zum Erlernen der Steuerung dient.

Die Arbeit umfasst folgende Schwerpunkte:

• Konzeption: Entwurf eines Trainingsablaufs, der den Nutzer schrittweise an die EMG-Steuerung heranführt (vom einfachen Muskeltest bis zur komplexen Fahrsituation).
• Entwicklung (Unity): Aufbau einer virtuellen Umgebung und Integration eines “Digitalen Zwillings” des Rollstuhls basierend auf Vorarbeiten.
• Schnittstellenanbindung: Kopplung der EMG-Signalverarbeitung (live) mit der VR-Simulation, sodass der virtuelle Rollstuhl in Echtzeit gesteuert werden kann.
• Szenarienerstellung: Design virtueller Alltagsszenarien (z.B. Parcours, Engstellen), die zur Evaluation der Steuergüte dienen.
• Evaluation: Durchführung einer Probandenstudie zur Bewertung der Usability und des Lerneffekts im Vergleich zur bisherigen 2D-Animation.

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

References

– Reinforcement Learning Based User-Specific Shared Control Navigation in Crowds
– A rule-based assistive control algorithm for safe navigation for a powered wheelchair
– Learning Shared Control by Demonstration for Personalized Wheelchair Assistance
– Shared control methodology based on head positioning and vector fields for people with quadriplegia

Motivation

Die autonome Navigation mobiler Roboter in menschlichen Umgebungen stellt eine große Herausforderung dar. Klassische Navigationsalgorithmen (wie DWA oder A*) behandeln Menschen oft nur als dynamische Hindernisse, was zu „unhöflichem“ oder für den Nutzer unangenehmem Fahrverhalten führt. Ein intelligenter Rollstuhl muss jedoch mehr können, als nur kollisionsfrei von A nach B zu fahren: Er muss soziale Normen verstehen und sich kontextabhängig verhalten (z. B. nicht durch eine Gruppe von Menschen hindurchfahren, Vorfahrt gewähren oder auf dem Gehweg die richtige Seite wählen).

Neueste Ansätze zeigen, dass Large Foundation Models und Vision-Language Models (VLMs) über ein tiefes Verständnis menschlicher Verhaltensweisen verfügen. Diese Modelle können visuelle Szenen interpretieren und „Zero-Shot“-Entscheidungen für eine sozial konforme Navigation treffen, ohne dass dafür aufwendiges Training notwendig ist. Am FAPS wird ein intelligenter Rollstuhl entwickelt, der nun mit diesen Fähigkeiten ausgestattet werden soll. Ziel ist es, Foundation Models zu nutzen, um die Umgebung semantisch zu erfassen und Navigationspfade zu generieren oder zu bewerten, die sozial akzeptabel und für den Patienten komfortabel sind.

Inspiration liefern unter anderem folgende aktuelle Veröffentlichungen:

– VLM-Social-Nav: Socially Aware Robot Navigation Through Scoring Using Vision-Language Models
– CoNVOI: Context-aware Navigation using Vision Language Models in Outdoor and Indoor Environments
– Navigation World Models

Zielsetzung

In dieser Arbeit soll ein Ansatz entwickelt werden, der ein Foundation Model (VLM) in den Navigations-Stack des intelligenten Rollstuhls integriert. Das System soll Kamerabilder auswerten, um soziale Kontexte zu erkennen. Darauf basierend soll der Rollstuhl seine Trajektorie anpassen – entweder durch die Generierung von Wegpunkten oder durch das „Scoring“ (Bewerten) von Pfaden hinsichtlich ihrer sozialen Konformität.

Arbeitsschritte

• Einarbeitung in die bestehende ROS-Navigation des intelligenten Rollstuhls sowie in den Stand der Technik zu Social Navigation und Foundation Models
• .Auswahl und Integration eines geeigneten Modells (z. B. GPT-4o, Gemini, LLaVA oder spezialisierte Modelle wie CoNVOI/NWM)
• Entwicklung eines Moduls zur semantischen Szenenanalyse: Erkennung von sozialen Situationen und Ableitung von Verhaltensregeln
• Implementierung einer Schnittstelle zur Bewegungsplanung: Das VLM soll als „High-Level Planner“ oder „Scorer“ fungieren, um den lokalen Planer (z. B. DWA/MPC) zu beeinflussen
• Evaluation des Systems in Simulation oder Realumgebung: Vergleich des Fahrverhaltens mit klassischen Methoden hinsichtlich Komfort, Sicherheit und Einhaltung sozialer Normen

Bewerbung bitte per E-Mail mit kurzer Notenübersicht und Lebenslauf.

Um medizintechnische Systeme für die Behandlung von Lungenerkrankungen sicher zu entwickeln und zu testen, werden Lungenphantome benötigt, die das Verhalten des menschlichen Organs im Labor nachbilden. Gerade für die Neonatologie, in der die Lunge besonders empfindlich auf Druckveränderungen reagiert, ist ein solches Phantom unverzichtbar. Die Funktionsweise und Belastbarkeit medizinischer Apparate zur mechanischen Beatmung und automatisierten Sekretentfernung – wie sie im Projekt SMART-NEO erforscht werden – kann zunächst nur an Phantomen untersucht und optimiert werden, bevor sie am Patienten eingesetzt werden dürfen. Solche Phantome ermöglichen es, mechanische Belastungen realistisch zu simulieren und die Wirksamkeit wie auch die Sicherheit neuer Verfahren unter kontrollierten Laborbedingungen zu überprüfen.

Die Fertigung eines realistischen Lungenphantoms stellt fachübergreifend eine Herausforderung dar. Die Herstellung erfordert eine gezielte Auswahl von Materialien und Fertigungsprozessen, die die elastischen und mechanischen Eigenschaften von Lungengewebe möglichst genau abbilden. Zudem müssen die Einzelkomponenten, wie Lappen oder Bronchialsegmente, in ihrer geometrischen und strukturellen Zusammensetzung mit der Dynamik biologischer Organe vergleichbar sein. Die hohe Varianz der Gewebeeigenschaften und die Notwendigkeit, physiologische Bewegungen wie Ausdehnung und Zusammenziehen im Beatmungsprozess zu reproduzieren, machen die Entwicklung eines Phantoms besonders anspruchsvoll.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Phantom der menschlichen Lunge unter Nutzung additiver Fertigungsverfahren aufgebaut und erprobt. Die einzelnen Segmente der Lunge werden konstruiert und gefügt, um das mechanische Verhalten bei Unterdruck und Beatmung experimentell zu untersuchen. Mithilfe von zu definierenden Materialparametern und Geometrien sollen gezielt Druck- und Volumenverläufe simuliert und deren Einfluss auf die mechanische Belastung analysiert werden. Optional wird das Testsystem mit Sensorik zur Messung von Druck- und Volumenänderungen ausgestattet, um die Analyse der Strukturreaktionen zu unterstützen. Die angestrebten Ergebnisse bilden eine experimentelle Grundlage für die Bewertung und Weiterentwicklung automatisierter Absaugsysteme.

Aufgaben

• Konstruktion und Aufbau eines Lungenphantoms:
  Entwurf und Fertigung der Lungenlappen und Atemwegsstrukturen mithilfe additiver Fertigungsverfahren oder geeigneter weicher Materialien.
• Experimentelle Untersuchung des Verhaltens unter Druckbelastung:
  Test des Phantoms bei Unterdruck und Beatmung, um Ausdehnung, Verformung und mechanische Belastungen realistisch zu erfassen.
• Analyse der Material- und Strukturparameter:
  Variation von Materialeigenschaften und Geometrien, optional Einsatz von Sensoren zur Messung von Druck- und Volumenänderungen.

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse in Werkstoffkunde oder mechanischem Verhalten weicher Materialien:
  Verständnis für Elastizität, Dehnung und Materialreaktionen.
• Interesse an experimenteller Laborarbeit:
  Bereitschaft, praktisch zu arbeiten, Messaufbauten zu nutzen und Prototypen zu testen.
• Neugier für medizinische Technik und Neonatologie:
  Motivation, die besonderen Anforderungen empfindlicher Lungenstrukturen und klinischer Anwendungen zu verstehen.

 

Hinweise und Bewerbung

Die Bearbeitung ist ab sofort möglich.

Bitte senden Sie Ihre Unterlagen (CV, Notenbescheinigung) per E-Mail an die untenstehenden Kontaktpersonen.

Die sichere Anwendung technischer Verfahren in der Neonatologie, insbesondere bei der mechanischen Beatmung und Absaugung, setzt ein grundlegendes Verständnis der Lungenmechanik voraus. Die Lunge besteht aus einem verzweigten Netzwerk von Luftwegen und elastischem Gewebe, deren Zusammenspiel das Verhalten des Organs bei wechselnden Druckverhältnissen unmittelbar beeinflusst. Im Projekt SMART-NEO steht die Entwicklung eines Systems zur schonenden, automatisierten Sekretentfernung im Fokus. Zur fundierten Bewertung solcher Systeme wird ein physikalisches Modell benötigt, das die Zusammenhänge zwischen Druckeinwirkung, Volumenänderung und Gewebeanspannung abbildet.

Die Modellierung der Lunge stellt eine besondere Herausforderung dar, da sowohl die Struktur als auch die mechanischen Eigenschaften des Organs hochgradig komplex sind. Die Vielzahl an Parametern und Wechselwirkungen erschwert es, das Verhalten präzise und gleichzeitig überschaubar zu beschreiben. Daher muss zunächst ein vereinfachtes Modell entwickelt werden, das zentrale mechanische Grundprinzipien abbildet und als strukturierte Grundlage für weitergehende, umfassende Simulationen dient.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein vereinfachtes Lungenmodell in Ansys erstellt und simuliert. Ausgangspunkt sind anatomisch inspirierte Grundgeometrien wie idealisierte Lungenlappen, die als Finite-Elemente-Modell die elastischen Eigenschaften des Gewebes erfassen. Das Modell wird dahingehend untersucht, wie sich das Deformationsverhalten unter verschiedenen Unterdruck- und Überdruckprofilen verhält, wie sie typischerweise bei Beatmung oder Absaugung auftreten. Durch Variation von Parametern wie Materialsteifigkeit, Wanddicke und Randbedingungen wird der Einfluss auf das Gesamtverhalten systematisch analysiert. Ziel ist, einen geeigneten Modellaufbau und Parameterraum zu identifizieren, der als Ausgangspunkt für weiterführende Untersuchungen dienen kann. Die Arbeit schafft damit die Basis für die Entwicklung sicherer, automatisierter Absaugsysteme.

Aufgaben

• Erstellung eines vereinfachten 3D-Lungenmodells in Ansys:
  Aufbau idealisierter Lungenlappen direkt in Ansys und Vorbereitung des Finite-Elemente-Modells.
• Simulation verschiedener Druckprofile:
  Untersuchung der Verformung bei Unterdruck und Überdruck, wie sie bei Beatmung und Absaugung auftreten.
• Analyse des Einflusses von Material- und Randparametern:
  Variation von Steifigkeit, Wanddicke und Randbedingungen, um deren Einfluss auf das mechanische Verhalten zu verstehen.

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse in technischer Mechanik:
  Verständnis von Spannung, Dehnung und elastischem Verhalten.
• Erste Erfahrung mit Simulationssoftware:
  Hilfreich, aber nicht zwingend: Grundlagen in Ansys oder einem ähnlichen FEM-Tool.
• Interesse an medizinischer Technik:
  Bereitschaft, sich mit Lungenmechanik und der Anwendung in der Neonatologie zu beschäftigen.

 

Hinweise und Bewerbung

Die Bearbeitung ist ab sofort möglich.

Bitte senden Sie Ihre Unterlagen (CV, Notenbescheinigung) per E-Mail an die untenstehenden Kontaktpersonen.