Projektträger

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

Projektzeitraum

2020 -     2022  

Projektbeschreibung

Aus dem Stand der Technik für elektrostatische Aktoren ergibt sich, dass das elektrische Feld nach wie vor das vielversprechendste Antriebsprinzip in der Mikrosytemtechnik ist und es viel mehr Ansätze als nur Kamm-Antriebe und digitale Parallel-Platten-Aktoren gibt. Bislang wurden aber zumeist einzelne elektrostatische Effekte untersucht. Interaktionen wurden nur berücksichtigt, wo dies zwingend notwendig war, wie beim Pull-In Effekt. Gründe hierfür könnten das einfache und zumeist eindimensionale Design für diskrete Effekte, die Bevorzugung von kaskadierten Aktoren für komplexe Antriebssteuerungen, die Komplexität der Wechselwirkungen von elektrischen Feldern im Raum und insbesondere die weitgehend getrennte Forschung im Bereich der „trockenen“ Domäne MEMS und der „nassen“ Domäne Mikrofluidik sein. Dieses Projekt verfolgt das Ziel verschiedene Antriebseffekte des elektrischen Feldes auf Festkörper und Flüssigkeiten in einem Aktorkonzept zusammenzufassen, das auf einer frei beweglichen Plattform auf einer flüssigen Lagerung beruht. Es adressiert sowohl große Bewegungsbereiche als auch die präzise Feinjustierung. Es zielt auf ein besseres Verständnis der Kopplung verschiedener Effekte ab. Dazu sind klassische Platten-Aktoren und flüssige Dielektrika im selben einstellbaren elektrischen Feld angeordnet. Digitale, multistabile wie fein kontrollierbare Effekte sind hier zusammengefasst. Inhärente Sensoren zur Ortsbestimmung sind in Form der differentiellen Kapazitäten vorhanden, die Aktor-Elektroden können hierzu entsprechend genutzt werden. In der erste Phase des SPP ist ein Demonstrator zur Kombination von vier Effekten geplant. Er umfasst eine flüssige Lagerung, die übliche Feder ersetzt und kombiniert „trockene“ und „nasse“ elektrostatische Effekte, inklusive der Erforschung einer Gesamt-Steuerung, die auch die spezifischen Querempfindlichkeiten berücksichtigt. Aus diesem Grund arbeiten hier ein Fachgebiet für Mikrosystemtechnik und für Regelungstechnik zusammen. In der zweiten Phase ist eine Erweiterung der Freiheitsgrade und die Integration weiterer Aktorik-Effekte geplant.

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Projektträger

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

Projektzeitraum

2019 -     2022  

Projektbeschreibung

In Kooperation mit den Universitäten Bochum und Freiburg, sowie der Jade Hochschule werden im  DFG-Projekt Kick & Catch multistabile Systeme untersucht, in welchen der Übergang von Objekten im Mikro-/Millimeterbereich zwischen mehreren Ruhelagen gezielt geregelt werden soll. Neuartig ist hierbei die Realisierung mittels freier Bewegung und die Aktuierung durch kooperative Mikroaktoren. Es werden zwei Systeme unterschiedlicher Bauart betrachtet, die jeweils multiple Ruhelagen in der vertikalen Position oder dem Drehwinkel des Objekts aufweisen. In beiden Fällen wird die freie Bewegung durch einen piezoelektrischen oder elektrostatischen Kick initiiert und elektromagnetisch in der gewünschten Endlage aufgefangen.

Neben der multiphysikalischen Modellierung und Ordnungsreduktion liegt der Fokus des Projekts auf der Erforschung effizienter Algorithmen zur optimalen Trajektorienplanung und nichtlinearen Regelung dieser Systemklasse. Dafür sollen Methoden der Modellprädiktiven Regelung und Verfahren des maschinellen Lernens zum Einsatz kommen. Darüber hinaus soll der Energieverbrauch über ein Co-Design minimiert werden, indem variable Systemparameter zusammen mit dem internen Regler optimiert werden.

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Projektträger

Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.  (AiF)

Projektzeitraum

2018 - 2020

Projektbeschreibung

Das Projekt WZE-ProFi ist ein Kooperationsprojekt des Lehrstuhls Regelungstechnik der Universität Augsburg mit der ATOMA Gesellschaft für automatische Waagen GmbH. Das Ziel des Projektes ist die Erhöhung des Durchsatzes eines industrielles Wägesystems mit Methoden der Modellbildung und Filterung. Dazu werden in Kooperation mit dem Projektpartner ATOMA verschiedene Wege der Modellierung der Systeme erprobt und darauf basierende Filter aufgebaut. Besonderes Augenmerk soll im Projekt auf der Adaption der erstellten Systeme für unterschiedliche Umgebungsanforderungen liegen. Dazu müssen die Filter in verschiedenen Testszenarien (zuerst offline und später online) untersucht und verglichen werden. Kriterien sind neben der Verkürzung der Wägezeit auch der Ressourcenverbrauch auf der Recheneinheit einer Wägezelle und das schnelle Erkennen von Fehlern und Störungen im System. Das Projekt soll die Grundlage für weitere Entwicklungen der Kooperationspartner bereitstellen und wird im Rahmen der Förderung des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand unterstützt.

Projektträger

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)

Projektzeitraum

2017 - 2020

Projektbeschreibung

In diesem Forschungsvorhaben wird ein modellbasiertes Verfahren zur personalisierten Diagnostik bei Patienten mit Diabetes mellitus entwickelt, welches den Blutglukoseverlauf auf Basis eines Modells des Glukose-Insulin-Metabolismus schätzt. Das Modell soll mittels etablierter Blutzuckermessungen sowie neuartigen Sensoren identifiziert werden. Analysen zur Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit von Zuständen und Parametern des Systems schließen sich an. Die für das Modell benötigten Parametersätze sollen an das jeweilige Individuum angepasst sein, um bessere Vorhersagen erzielen zu können, als dies mit generischen Modellansätzen möglich ist. Krankhafte Veränderungen des Stoffwechselsystems, wie sie bspw. bei Diabetes mellitus auftreten, können durch eine Veränderung der Parameter individuell charakterisiert werden. Die gewonnenen Methoden können Nutzer bei ihrer Diagnose und Therapie unterstützen.

Diabetes mellitus ist eine chronische Stoffwechselerkrankung. Sie resultiert aus der Unfähigkeit des Körpers Insulin zu produzieren und/oder zu nutzen. Unabhängig des konkreten Typs benötigen Betroffene eine lebenslange Insulintherapie.

Die Diabetestherapie zielt darauf ab, den gestörten physiologischen Regelkreis der Glukose-Insulin-Homöostase durch eine künstliche Regelung zu unterstützen. Als Sensor kann der Patient den Glukosespiegel im Blut oder im Unterhautgewebe messen. Als Aktor kann Insulin gespritzt werden. Die Regelung übernimmt der Patient nach erfolgter Schulung selber.

Stoffwechselvorgänge sind, ebenso wie technische Systeme, durch Differenzialgleichungen beschreibbar. Daher ist anzunehmen, dass auch hier ein modellbasiertes Vorgehen Vorteile bei der Behandlung (wie Diagnose und Therapie) haben wird.

Bisherige Ansätze der Identifikation berücksichtigen den individuellen Zustand eines Patienten nur unzureichend, da große Variabilität im Stoffwechselverhalten von Mensch zu Mensch auftritt und auch sehr gute Standardmodelle die Vorgänge nur für Mittelwerte über Kollektive korrekt wiedergeben. Die Medizin versucht dies aktuell durch die Entwicklung einer „Personalisierten Medizin“ anzugehen. Für einen modellbasierten Ansatz heißt das, neben feingranularen Modellen der Stoffwechselvorgänge, eine effiziente und persönliche Modellidentifikation zu entwickeln, die nur wenige Messdaten benötigt. Der Fokus liegt hier auf neuartigen, kontinuierlich messenden Sensoren. Damit ist erstmals die Dynamik in den Signalverläufen erfassbar.

Daraus sollen diagnostische Aussagen ableitbar sein, die in ihrer Qualität besser sind, als es bei der Betrachtung nur starrer Grenzwerte möglich ist.

Auf Basis maßgeschneiderter Modelle kann die Therapie verbessert werden. Dies kann dadurch geschehen, die Insulintherapie auf Basis des aktuellen Zustandes des Patienten anzupassen oder auch die Anzahl an Blutzuckermessungen zu optimieren. Unter Berücksichtigung von Störgrößen wie Mahlzeiten oder körperlicher Aktivität wird eine Prädiktion zukünftiger Blutzuckerwerte möglich.

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Auftraggeber

Audi AG

Projektzeitraum

2016 - 2019

Projektbeschreibung

Gemeinsam mit der Audi AG wurden in einer Beauftragung im Rahmen des Projekts „Connected Chassis“ Messdaten zahlreicher Probefahrten gesammelt, verarbeitet und analysiert. Die Auswertung der als Eventdaten bereitgestellten Straßenmerkmalsänderungen erfolgte durch Methoden der Datenfusion und das Zusammenspiel verschiedener Clusteralgorithmen.

Auftraggeber

IAV GmbH

Projektzeitraum

2014-2017

Projektbeschreibung

In diesem Vorhaben soll ein modellbasiertes Verfahren zur personalisierten Diagnostik bei Patienten mit Diabetes mellitus entwickelt werden, welches den Blutglukoseverlauf auf Basis eines Modells des Glukose-Insulin-Metabolismus schätzt. Das Modell soll mittels etablierter  Messmethoden  identifiziert  werden. Die für das Modell benötigten Parametersätze sollen an den angepasst sein, um eine bessere Vorhersage erzielen zu können, als mit generischen Modellansätzen. Krankhafte Veränderungen des Stoffwechselsystems, wie sie bspw. bei Diabetes auftreten, sollten sich in einer Änderung der Parameter dieses Individuums niederschlagen.

Insbesondere dynamische Modelle der Stoffwechselvorgänge bieten eine Möglichkeit zum besseren Verständnis der Krankheit und damit zu einer möglichen Verbesserung der Diagnose- und Therapiemöglichkeiten und Steigerung der Lebensqualität. Neuartige Messgeräte wie kontinuierlich messende Glukosesensoren (CGM, continuous glucose measurement) besitzen eine vergleichsweise hohe Abtastrate und ermöglichen, zusammen mit adäquaten Modellen, einen höheren Erkenntnisgewinn des Glukose- Insulin Systems eines Patienten.

Im Gegensatz zu technischen Systemen werden die individuellen Unterschiede zwischen Patienten sehr groß sein. Daher ist zu vermuten, dass mit Standard-Modellen keine guten Ergebnisse erreicht werden können und eine Individualisierung der Modelle durch Adaption notwendig sein wird. Dies ist in nachstehendem Bild dargestellt.