Navigation und Service

Biomechanik und Menschmodelle

Modelle ermöglichen die Abschätzung von körperinternen Kräften

Biomechanische Methoden werden eingesetzt, um gesundheitliche Auswirkungen von Körperhaltungen und Bewegungsabläufen am Arbeitsplatz zu beurteilen. Mithilfe digitaler Menschmodelle lassen sich auch körperinterne Kräfte abschätzen.

Biomechanik und Menschmodelle © Uwe Völkner, Fotoagentur FOX

Biomechanik analysiert Strukturen und Funktionen des Haltungs- und Bewegungsapparats und untersucht die Bewegung biologischer Systeme. Sie kombiniert dazu die Methoden, Erkenntnisse und Verfahren der technischen Mechanik sowie der Biologie und Anatomie. Die Anwendung der Biomechanik in der Arbeitsgestaltung ähnelt der in den Sportwissenschaften. Im Vordergrund stehen gesundheitliche Auswirkungen und Optimierungen von Haltungen und Bewegungsabläufen mit oder ohne zusätzliche Lasten und äußere Krafteinwirkungen. Zu den wesentlichen Messmethoden zählen Bewegungsanalysen, Anthropometrie, Ableitungen von Muskelaktivitäten (Elektromyografie) und Messungen der äußeren Kräfte.

Innovative Alternative zur Messung körperinterner Kräfte

Die Messung der körperinternen Kräfte ist nur in Ausnahmefällen überhaupt möglich und aus ethischen Gründen vertretbar. Eine innovative Alternative dazu ist die Anwendung digitaler Menschmodelle in der Biomechanik. Neuere Modelle sind in der Lage - unter Berücksichtigung detaillierter körperinterner anatomischer Strukturen - unter anderem Muskelkräfte und Gelenkkräfte abzuschätzen. Einige Anwendungen im Sport- oder Medizinbereich integrieren speziell interessierende Körperstrukturen wie Wirbelsäule, Knie oder Hüfte als Finite-Elemente-Submodelle. Eine besondere Herausforderung besteht darin, mit Hilfe von Materialparametern der biologischen Strukturen, die aus in-vitro-Untersuchungen gewonnen wurden, Risiken für mögliche Schädigungen solcher Körperstrukturen vorherzusagen. Solche Methoden ermöglichen, individuelle Parameter wie Körperstatur und Alter zu berücksichtigen.

Von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin geförderte Projekte haben die Grundlagen für die Risikoabschätzung bei Einwirkung körperinterner Kräfte untersucht. Von Interesse sind dabei die Abhängigkeiten von Alter, Geschlecht, Richtung der Krafteinwirkung und Körperposition. Erkenntnisse zur Anwendung eines Finite-Elemente-Modells für die Abschätzung von internen Kräften in der Wirbelsäule sind in die Entwicklung der nationalen Norm DIN SPEC 45697 und des internationalen Standards ISO 2631-5 eingeflossen.

Publikationen