Schmerz in technischen Systemen

Die Erforschung von Schmerz in Bezug auf technische Systeme und Anwendungen ist ein bisher wenig behandeltes Forschungsgebiet. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, Aspekte des physiologischen Schmerzbegriffes für technische Systeme zu adaptieren. Der damit verbundene Informationsgewinn soll für Systemverbesserungen, beispielsweise bei Anwendungen der Robotik, genutzt werden. Als konkretes Anwendungsgebiet ist die Fortbewegung von Laufmaschinen zu optimieren. Dabei wird der Einfluss mechanischer Untergrundparameter auf die Laufbewegung, die Möglichkeit einer dynamischen Detektierung solcher Untergrundparameter und die Frage nach grundsätzlichen Optimalitätskriterien der Laufbewegung untersucht. Es wird gezeigt, dass ein technisches Maß von Schmerz eben diese notwendige Information enthält und parallel dazu ein neuartiges Optimalitätskriterium darstellt. Eine Schmerzoptimierung der Fortbewegung ist durch die Vorstellung geprägt, dass sich Lebewesen im Allgemeinen auch schmerzoptimal bewegen, sofern sie nicht Extremsituationen, wie etwa Flucht bei Gefahr, ausgesetzt sind. Die entwickelte Modellvorstellung von Technischem Schmerz liefert ein Maß, welches das physiologische Spektrum der vom Anregungsruck abhängigen taktilen Wahrnehmung auf technische Systeme abbildet. Mit Hilfe eines Ansatzes der Mesoskopischen Vielteilchentheorie wird das Sensorkonzept mathematisch beschrieben, das als Information ein Technisches Schmerzmaß generiert. Für das konkrete Anwendungsbeispiel des Laufmaschinenbeines wird gezeigt, wie mit Hilfe eines Technischen Schmerzsensors mechanische Untergrundparameter dynamisch detektiert werden können und das Technische Schmerzmaß zur Trajektorienoptimierung der Beinbewegung genutzt werden kann. Die Bandbreite möglicher Anwendungen des Technischen Schmerzsensors erstreckt sich weitgehend über alle Disziplinen der Robotik, insbesondere, wenn haptische Interaktionen zwischen dem Roboter und seiner Umgebung existieren. Die Dissertation, insbesondere das mathematische Modell des Sensorkonzeptes, stellt die Basis der Hardwareentwicklung des Technischen Schmerzsensors dar, mit dessen Hilfe zukünftig Experimente zur Verifikation der aufgebauten Modellwelt durchgeführt und erste Anwendungen realisiert werden sollen.