Wissenschaftliche Veröffentlichungen

Preuß, Roman;
Verfahren und Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandiger Hohlzylinder aus Silikonelastomer mit integrierten Fluidkammern und -kanälen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 198 S., 9,91 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Die minimal-invasive Chirurgie gewinnt innerhalb der invasiven Therapieverfahren weiterhin an Bedeutung, verspricht man sich davon doch eine schnellere Genesung des Patienten, verbunden mit einer Reduktion der finanziellen Aufwände für das Gesundheitssystem. Zu diesem Zweck werden Lokomotionssysteme benötigt, die sich aktiv in den natürlichen Körperhöhlen des Patienten fortbewegen können, um Arbeitskanäle und Operationswerkzeuge des Chirurgen von außen zum gewünschten Operationsfeld zu transportieren. Vollständig nachgiebige, miniaturisierte Systeme mit wurmartiger Fortbewegung sind dabei im Fokus der internationalen Entwicklungen. Eine wesentliche Limitation bei der Entwicklung und weiteren Miniaturisierung solcher Lokomotionssysteme besteht durch die verfügbaren Herstellverfahren. Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Verfahren und einen Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandigen Hohlzylinders aus Elastomer vor, in deren Wandung im Rahmen des Verfahrens Fluidkammern und -kanäle integriert werden. Durch Befüllung der Miniaturfluidsysteme mit Fluid und Steuerung des ein- bzw. ausgepumpten Fluidvolumens, kann eine zielgerichtete Verformung der Kammern erzeugt werden. Durch Ausstattung des Hohlzylinder mit einer ganzen Reihe von Kammern und Kanälen soll so im Rahmen weiterer Entwicklungen eine peristaltische Sonde entstehen, die sich wurmartig im Wirbelkanal fortbewegen kann. Das vorgestellte Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: 1. Auf einen Metallstab wird durch Tauchen (Dip-Coating) eine lösbare Trennschicht aus Photoresist aufgebracht. 2. Anschließend wird auf der Trennschicht und ebenfalls durch Tauchen eine erste, die innere Schicht aus Silikonelastomer erzeugt. 3. Diese Silikonschicht wird durch Aufsprühen (Spray-Coating) unter Nutzung spezieller Prozeßparameter mit Photoresist beschichtet, welches anschließend mittels Laser-Lithografie belichtet wird. 4. Nach dem Entwickeln, Spülen und Trocknen verbleiben auf der Oberfläche der Silikonschicht Resiststrukturen, die die späteren Fluidkammern und Zuläufe repräsentieren. 5. Diese Resiststrukturen sind Platzhalter für das innere, später mit Fluid gefüllte Volumen, wenn in einem weiteren Schritt erneut durch Tauchen die äußere Silikonelastomerschicht aufgebracht wird. In Anlehnung an die klassische Gießerei- und an die Mikrosystemtechnik können die Resiststrukturen auch als Opferstrukturen bezeichnet werden. 6. Anschließend wird der entstandene Silikonkörper mit entsprechenden Schlauchzuleitungen verbunden und über diese wird Lösungsmittel zugeführt, welches die Resiststrukturen auflöst. 7. Nach dem Spülen der Kammern und Zuläufe können diese mit dem Arbeitsfluid (z.B. sterile, isotonische Kochsalzlösung) befüllt werden.

http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000312

Tröbs, Anita;
Ein Beitrag zur Mehrkörperdynamik-Simulation von Nanopositionier-und Nanomessmaschinen mittels spezifischer Modellelemente. - Ilmenau : ISLE, 2010. - 154 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Gegenstand der Dissertationsschrift ist die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPMM) als mechatronisches System im Allgemeinen, sowie einer vertikalen Positioniereinheit und deren funktions- und präzisionsbestimmender Baugruppen im Speziellen. Dabei erfolgt die Dynamiksimulation mit Modellen auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen. Minimalmodelle der NPMM dienen in Verbindung mit Asymptotischen Methoden dazu, analytische Lösungen zur Beschreibung des stationären Verhaltens zu entwickeln. Durch den Vergleich der analytischen Ausdrücke für die stationären Amplituden mit experimentell ermittelten Werten wird die Bestimmung von messtechnisch schwer zugänglichen Parametern der NPMM möglich. Komplexe mechatronische Modelle der gesamten NPMM basieren auf der Einbindung realitätsnaher spezifischer Teilmodelle in das Virtuelle Prototyping. Es wird das Verhalten von Kugelbuchsenführungen, Messspiegelecken (einschließlich ihrer Lagerung über Kugel-V-Nut-Paarungen), Gestellelementen und Antriebseinheiten aus Grob-Feintrieb-Kopplungen mit großer Modelltiefe erfasst und analytisch / numerisch untersucht. Für die Parameteridentifikation bei Präzisionsführungen kommt ein speziell entwickelter Reibungsprüfstand zum Einsatz, der die genaue Analyse von Haft-Gleit-Übergängen ermöglicht. Basierend auf grundlegenden Untersuchungen u.a. zu Reibungseinflüssen werden die Grenzen der Positionierung aus Sicht der Dynamik diskutiert. Der in dieser Arbeit gewonnene Kenntnisstand zur computergestützten Dynamiksimulation einer z-Achse kann auf mehrachsige Positioniersysteme erweitert werden. Die Modellierung der o.g. Baugruppen kann als Basis für den Aufbau einer umfassenden Modellbibliothek für das Virtuelle Prototyping dienen.

Greiser, Steffen; Böhm, Valter; Zimmermann, Klaus
Actuation of magnetic beads due to analogous position control by means of electromagnetic fields. - In: Actuator 10, (2010), S. 685-688

This paper refers to the positioning of magnetic beads independent from the arrangement of the electromagnets used. To demonstrate the off-axis positioning of magnetic beads such as ferrofluid droplets, ferrogels or ferroelastomers a basic assembly consisting of two electromagnets, a laser sensor and a FPGA is used. The controller is designed by means of a model of the plant which is described by nonlinear ordinary differential equations. Finally, the parameters of the control law are adjusted due to results of system identification and the controller itself is implemented on the FPGA. The latter actuates each electromagnet based on the derived control strategy whereat the dynamics behaviour of the positioning is characterised by a user-defined time constant. Experimental investigations confirm that the desired dynamic behaviour can be achieved.

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Bolotnik, Nikolai N.; Jatsun, Sergey
Dynamics of mobile vibration-driven systems robots. - In: Proceedings of the 10th IFToMM International Symposium on Science of Mechanisms and Machines, ISBN 978-90-481-3521-9, (2010), S. 465-477
Richtiger Name des Verf.: Klaus Zimmermann

Design of mobile robots that can move without wheels or legs is an important engineering and technological problem. Self-propelling mechanisms that consist of a body that has contact with a rough surface and internal masses are considered. Asymmetry in friction that is necessary for the robot to move can be provided in several ways. First, the robot can be equipped with specific contact devises that provide anisotropy for the coefficient of friction, i. e., the coefficient of robot can be covered with needles. Second, this asymmetry can be provided for istropic friction by changing the normal pressure of the robot on supporting surface. A number of mathematical models of such systems are presented in the paper.

Behn, Carsten;
Mechanical models and adaptive control of vibrissae-like sensors. - In: 10th Conference on Dynamical Systems - Theory and Applications, ISBN 978-83-929120-4-0, (2009), S. 703-710