Lumb Rescue Us

1. LumbRescueUs Die peristaltische Lokomotion von Lumbricus terrestris als Vorbild für eine technische Applikation Gruppe 5 / Laufen Projektmanagement, Modul 3.5 b, Dozentin: Prof. Dr. Antonia B. Kesel

2. Gliederung • Das biologische Vorbild • Lumbricus terrestris • Vorhandene technische Umsetzungen • CRIM in Pisa • Chirurgische Sonde der TU Ilmenau • Lawinenrettung als Anwendungsbereich • Technische Umsetzung • Ausblick LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

3. Biologisches Vorbild

4. Anatomie von Lumbricus terrestris • Segmentierter Aufbau • Homonome Metamerie • Hydroskelett dient als Widerlager der Muskulatur (Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

5. Bau und Funktion der Borsten • Borstenbildung im Follikelfundus • Borstenbewegung durch Muskulatur • Follikelhals als Austrittsstelle der Borste • Vier Borstenpaare pro Segment • Vier Borstentypen • Körperborsten, Ring- und Längsmuskulatur bilden Funktionseinheit (Grafiken verändert nach Breidenbach, 2002) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

6. Lokomotion des Regenwurms • Fortbewegung durch peristaltisches Kriechen • Grundlage ist die Segmentverformung • Reibung und Körperborsten als Widerlager (verändert nach Quillin, 1999) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

7. Vorhandene technische Umsetzungen

8. Miniature robotic crawler – CRIM • Segmentverformung von L. terrestris als Grundlage • Muskulatur in Form einer SMA-Einheit umgesetzt • Widerhaken zur Reibungserzeugung (Grafiken verändert nach Menciassi et al., 2007) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

9. PADeMIS – TU Ilmenau • Peristaltische Lokomotion als Grundlage • Kochsalzlösung für Hydroskelett • Sonde für die Minimal- Invasive Wirbelsäulenchirurgie (verändert nach Meier et al., 2003) (nach Dietrich et al., 2007) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

10. Lawinenrettung

11. Bestehende Rettungssysteme Snow Pulse Der Avalanche - Airbag Der Lawinenball Die AvaLung Das Lawinenverschüttetensuchgerät (LVS) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

12. 91 % bei 18 Min. 34 % bei 35 Min. 7 % bei 130 Min. Allgemeine Informationen (verändert nach Brugger et al., 2007) LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

13. Optimierung durch Rettungswurm • Automatisiertes Rettungssystem • Punktsondierung / -ortung entfällt • Erhöhter Komfort durch Platzeinsparung • Möglicher Preisvorteil LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

14. Technische Umsetzung

15. Grundaufbau • Sechs Lokomotionssegmente mit integrierten Borsten • Jeweils ein Kopf- und Mittelsegment für Sensorik und Steuerung LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

16. Umsetzung von Borsten & Motorik • Vier Borsten pro Segment • Linearmotor dient der Segmentstreckung und -stauchung LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

17. Material • Außenmaterial aus TPE-E (Thermoplastisches Polyester-Elastomer) • Sehr gute Kälte-, Witterungs- und Lösungsmittelbeständig • Gute Elastizität • Hydraulikflüssigkeit als Widerlager der Lokomotion • 5,4 molare NaCl Lösung für niedrigen Gefrierpunkt • < 0,1 % KMnO4 dient der Färbung • Borsten aus Kunststoff LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

18. Anbringung & Funktion des Systems • Drucksensoren lösen den Rettungswurm aus • Anschließende Bewegung Richtung Oberfläche • Markierung durch gefärbte Segmentflüssigkeit LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

19. Weiterentwicklungen • Linearmotor (Segment/Borsten) • Lichtsensorik • Lagesensorik • Mögliches Heizelement LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems

20. Ausblick

21. Literaturverzeichnis • Breidenbach, J. (2002): Normalanatomie und – histologie des Lumbriciden Lumbricus terrestris L. (Annelida, Oligochaeta), Dissertation Uni Münster • Brugger, H. et al. (2007): The impact of avalanche rescue devices on survival, In: Resuscitation 75 (3), pp. 476-483 • Dietrich, J. et al. (2004): Development of a peristaltically actuated device for the minimal invasive surgery with a haptic sensor array, In: Micro- and Nanostructures of Biological Systems, Shaker-Verlag, Halle • Meier, P. et al. (2003): Uniaxial and equi-biaxial tension tests of silicone elastomer, In: Busfield, Muhr (Eds.), Constitutive Models for Rubber III, Swets & Zeitlinger, Lisse, pp. 99-106 • Menciassi, A. et al. (2006): Development of a biomimetic miniature robotic crawler, In: Autonomous Robots 21 (2): pp. 155-163 • Quillin, K. J. (1999): Kinematic Scaling of locomotion by hydrostatic animals: Ontogeny of peristaltic crawling by the earthworm Lumbricus terrestris, In: The Journal of Experimental Biology 202, pp.661-674 LumbRescueUs – Der Regenwurm als Vorbild eines Rettungssystems