Entwicklung einer mikromechanisch basierten Modellierung zur Finite-Elemente-Simulation des physiologischen Verhaltens von Skelettmuskeln

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Wesentliches Ziel des hier beantragten Projektes ist die Entwicklung einer effizienten dreidimensiona-len Modellierung zur mathematischen Beschreibung und Simulation des physiologischen Verhaltens von Skelettmuskeln. Aufgrund der mikrostrukturellen sowie materiellen Ähnlichkeit von Muskelgewebe zu Polymeren, soll die mathematische Beschreibung von Skelettmuskeln auf einen mikromechani-schen Ansatz, wie er von den Antragstellern schon bei der Modellierung von Polymeren erfolgreich eingesetzt wurde, aufgebaut werden. Dabei wird das materielle Verhalten eines Muskels in einen pas-siven und einen aktiven Anteil aufgespalten. Der passive Anteil beschreibt das Kollagenfasernetzwerk, in dem Muskelfasern eingebettet sind. Letztere bilden den aktiven Anteil und sind die kontrahierenden Einheiten des Muskels. Basierend auf dem zuvor beschriebenen und schon teilweise umgesetzten Ansatz sollen Effekte wie Muskelermüdung und Muskelschädigung sowie die damit verbundenen Muskeladaptationsphänomene berücksichtigt werden.Neben der mathematischen Beschreibung des Materialverhaltens ist der Aufbau einer Systematik zur Erfassung von dreidimensionalen Muskelgeometrien von entscheidender Bedeutung. Diese Prozedur wird bisher weitestgehend händisch durchgeführt und soll in dem vorliegenden Vorhaben automatisiert und optimiert werden.Mit dem Gesamtpaket, der Entwicklung einer effizienten Materialformulierung sowie der automatisier-ten Erfassung von dreidimensionalen Muskelgeometrien, würde ein Werkzeug vorliegen, mit dem zum einen auf patientenspezifische Fragestellungen eingegangen werden kann. Zum anderen ließe sich der Zeitaufwand von Muskelgeometrierekonstruktionen deutlich reduzieren. Eine Vision, die noch weit in die Zukunft reicht, ist die Konstruktion künstlicher Muskeln. Es wäre dann möglich, Menschen mit muskulären Erkrankungen eine größere Bewegungsfreiheit zurückzugeben.