Der Zweck dieser Arbeit ist die Realisierung eines prothetischen Fußes, der sich an den verschiedenen Bedingungen während des Laufens anpassen kann. Die Analyse der menschlichen Gehweise zeigt, dass der natürliche Fuß die Fähigkeit hat, eine optimierte Gestalt anzunehmen. Die optimierte Gestalt des Fußes zusammen mit anderen koordinierten Bewegungen der Körperteile führt zu einer Minimierung des Energieverbrauchs während des Laufens. Die Biegesteifigkeit der Basisfeder des prothetischen Fußes stellt die zu ändernde Größe dar, um die gewünschte Änderung der Fußeigenschaften zu erreichen. Drei verschiedene Konzepte werden untersucht: Das erste Konzept befasst sich mit der Möglichkeit, die statische Antwort der Basisfeder des Fußes mittels Festkörperaktoren zu ändern. Hierbei werden Piezokeramische Platten als aktive Elemente verwendet, welche dann in der Lage sind, die Gestalt der Basisfeder zu variieren. Das zweite Konzept nutzt die Eigenschaften eines hohlen Balkens mit einem elliptischen Querschnitt aus. Die Verformung des elliptischen Querschnitts erfolgt durch den applizierten Innendruck. Folge der elastischen Verformung ist die Erhöhung des Trägheitsmoments des Querschnitts. Wegen der durch den Innendruck generierten Verzerrung des Querschnitts, wird die Biegesteifigkeit der Struktur erhöht. Das mechanische Verhalten einer aus passiver Platte und aktiven Balken bestehenden integrierten Struktur wird numerisch und experimentell untersucht. Das dritte Konzept beruht auf der Möglichkeit, die Verformung einer mit einer Biegekraft belasteten flachen, hohlen Struktur zu kontrollieren. Die herkömmliche Basisfeder wird durch eine aus zwei Platten bestehende dünne Struktur ersetzt. Um den Innendruck zu erzeugen, wird der Raum zwischen den Platten mit Hydrauliköl gefüllt. Infolge der Schubsteifigkeit der Struktur, führt die Biegelast dazu, dass die Platte, die den kürzeren Krümmungsradius annimmt, sich nach innen verformt. Die Versteifung der Struktur erfolgt durch die durch den Innendruck kontrollierte Verformung der Platte. Es wird ein System entworfen, um den Druck zu erzeugen. Das System wird vom Patienten selbst aktiviert und nutzt die während der Standphase durchgeführte Arbeit aus. Das System wird in die Fußstruktur integriert und kann das herkömmliche Knöchel-Gelenk des prothetischen Fußes ersetzen. | German |