Department Life Science Engineering

Das Department Life Science Engineering bündelt die Kompetenzen der FH Technikum Wien in den Fachgebieten Medizintechnik, Biomedizinische Informatik, Biomechanik, Rehabilitationstechnik, Sportgerätetechnik und Ergonomie, Zellkulturtechniken und Biomaterialien, (Umwelt und Bio-) Chemie sowie Ökotoxikologie und Umweltmanagement.

Departmentleitung

Carina Huber-Gries

FH-Prof. DI Dr. Carina Huber-Gries

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Kompetenzfelder

Die Ökotoxikologie hat sich in den beiden letzten Jahrzehnten international als eigenständige Wissenschaft etabliert und vereint chemische, toxikologische sowie ökologische Betrachtungsweisen zur Gefährdungsabschätzung von Chemikalien in der belebten Umwelt. Um die Auswirkung von Substanzen auf die Umwelt und letztlich auf den Menschen auszutesten, werden standardisierte Testverfahren (z.B. OECD-Guidelines) durchgeführt. Die an der FH Technikum Wien etablierten Testsysteme umfassen terrestrische und aquatische Modellorganismen unterschiedlicher trophischer Stufen, beginnend bei Bakterien als Destruenten, Algen als Produzenten, über Daphnien als Primärkonsumenten bis hin zu Fischen als Sekundärkonsumenten. Des Weiteren stehen in-vitro-Testverfahren zur Verfügung, welche die Untersuchung von Mechanismen der Giftwirkung auf zellbiologisch-molekularer Ebene ermöglichen.

Rehabilitation Engineering: Motion / Gait Analysis, Prostethics & Orthotics: Detection, analysis and support of human beings in motion
Rehabilitationstechnik beschäftigt sich mit der Behandlung von Patientinnen und Patienten mit optionaler Unterstützung durch Hilfsmittel. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die Bewegungsanalyse gelegt. Kernthemen sind die Prothetik zum technischen Gliedmaßen-Ersatz und die Orthetik zur Wiederherstellung eingeschränkter Funktionen.

Augmentative & Alternative Communications (AAC): Supporting people with special needs in communication
Ziel der unterstützten Kommunikation ist es, Menschen mit Behinderung die Teilhabe am alltäglichen Leben zu erleichtern. Dies wird mit körperfremden und körpereigenen Kommunikationsmitteln, wie zum Beispiel Software-Applikationen und Gebärdensprache sowie Symboltafeln, umgesetzt. Dieses Forschungsfeld beschäftigt sich vor allem mit Anwendungen im Bereich der Rehabilitation.

Technologies in medical imaging: Imaging technologies for medical diagnostics and treatment
Medizinische Bildgebung ist als Voraussetzung für Diagnostik und zahlreiche Behandlungsmethoden ein wichtiges Thema der Medizintechnik. Im Fokus stehen Sonographie sowie weitere bildgebende Verfahren wie die Computertomographie.

Optical applications in biomedical engineering: Simulation, modelling and analysis of optical methods for biomedical engineering applications & systems

Technische Optik ist ein Kernbaustein vieler biomedizinscher Anwendungen wie beispielsweise in der Ophthalmologie oder in optischen bildgebenden Systemen. Kernkompetenz im Forschungsgebiet ist die Entwicklung optischer Systeme sowie die experimentelle Charakterisierung von ophthalmologischen Implantaten wie Intraokularlinsen.

Simulation and Analysis of cardio-pulmonary system: Simulation and Analysis of cardio-pulmonary system
Dieser Forschungsbereich befasst sich mit der physiologisch und anatomisch realistischen Modellierung des menschlichen Atmungssystems und dem Zusammenspiel mit dem Herz-Kreislauf-System. Zu den behandelten Forschungsthemen gehören elektro-mechanische Lungensimulation, Aerosolerzeugung und -messungen, mechanische Beatmung und Ex-vivo-Lungenperfusion. Darüber hinaus werden Rapid-Prototyping-Ansätze und CFD-Techniken eingesetzt, um die Simulation und Analyse dieser wesentlichen Systeme voranzutreiben.

Interoperable applications: Interoperability for applications
Die Unmenge an computerbasierten Systemen und die ungeheure Menge an Information, welche zwischen den Systemen ausgetauscht wird, kann ohne gemeinsamer Kommunikationsgrundlagen fast nicht gebändigt werden. Die Systeme müssen eine Mindestanforderung an die Struktur und an das genutzte Vokabular erfüllen um den Informationsaustausch untereinander zu ermöglichen und diese Informationen auch nutzen zu können.

Interoperable systems: Interoperability for systems
Medizinische Geräte und Systeme sind in den letzten Jahrzehnten entstanden, meist als isolierte "Informationsinseln". Viele der verfügbaren Daten werden nicht unter den Leistungserbringern des Gesundheitswesens ausgetauscht und begrenzen so den Nutzen dieser Systeme. Heute stehen neue Anforderungen, Architekturen, Methoden und Prozesse zur Verfügung, um integrierte Systeme zu definieren, zu entwerfen, zu bauen und zu betreiben, die aus den verfügbaren Daten einen Mehrwert für PatientInnen generieren. Gleichzeitig müssen die Risiken durch fehlgeleitete, fehlende oder falsche Informationen kontrolliert und der Schutz sensibler Daten gewährleistet werden.

Muscle and Electrostimulation: Cellular level
Das Forschungsgebiet der elektrischen Zellstimulation befasst sich mit der Simulation und Entwicklung von Stimulationsgeräten für Muskelzellen, um die Zellmigration und Zellproliferation zu beeinflussen. Stimulator-Prototypen, um die intrazelluläre Umgebung durch die Erzeugung elektrischer Felder zu beeinflussen, die sich auf die Zelldifferenzierung auswirken.

Applied virtual and augmented reality in medical & healthcare processes: Applied virtual and augmented reality in medical & healthcare processes including organisational and engineering aspects
Medizinische und gesundheitsbezogene Prozesse werden immer komplexer, ebenso wie die verbundenen technischen Prozesse der Planung und Wartung. Das Forschungsgebiet beschäftigt sich daher mit der Virtualisierung dieser Prozese mit Hilfe der virtuellen Realität und Augmented Reality und wird in Kooperation mit dem Department Computer Science der FH Technikum Wien bearbeitet.

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Das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics beschäftigt sich damit, technische und naturwissenschaftliche Kenntnisse auf die Entwicklung von Sportgeräten und die Untersuchung der Bewegung bzw. Funktion des menschlichen Körpers anzuwenden.

In der Organisationsstruktur der Fachhochschule Technikum Wien übernimmt das Kompetenzfeld zweierlei Aufgaben. Einerseits werden über das Kompetenzfeld Forschungs- und Auftragsprojekte zu den drei im Titel genannten Themenbereichen koordiniert und abgewickelt. Andererseits leistet das Kompetenzfeld durch die Entwicklung, Koordination und Abhaltung themenbezogener Lehrveranstaltungen einen wichtigen Beitrag in der Erfüllung des Bildungsauftrags der Hochschule. Hierbei stellt das Kompetenzfeld sowohl personelle und fachliche Kompetenzen, als auch Infrastruktur am aktuellen Stand der Forschung zur Verfügung.

In Bezug auf die Bereitstellung geeigneter Lehre, bedient das Kompetenzfeld vor allem die Studiengänge Bachelor Human Factors and Sports Engineering, Bachelor Biomedical Engineering, Master Sports Technology und Master Gesundheits- und Rehabilitationstechnik.

Sports Engineering

Sports Engineering ist eine verhältnismäßig junge akademische Disziplin, die es zum Ziel hat technische Wissenschaften, wie beispielsweise Mechanik, Physik, Materialwissenschaften, Elektrotechnik oder Informatik, zur Entwicklung von Sportgeräten und der Untersuchung von Bewegungen im Sport anzuwenden.

Trotz einiger Überschneidungen unterscheidet man sich klar von der klassischen Sportwissenschaft. Während sich die Sportwissenschaft vor allem auf interne Prozesse des menschlichen Körpers bei der Ausübung von Sport konzentriert, widmet sich der Bereich Sports Engineering vor allem den externen Einflüssen und der Interaktion zwischen SportlerIn, Sportgerät und dem jeweiligen Umfeld.

Die Projekt- und Forschungsaktivitäten des Kompetenzfelds erstrecken sich sowohl über den Spitzen- wie auch Breitensport.

Das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics steht in enger Verbindung zum Weltverband des Sports Engineering, der International Sports Engineering Association (ISEA).
Seit vielen Jahren stellt das Kompetenzfeld Komiteemitglieder in der ISEA und ist vor allem für den Bereich des Sub-Komitees „Education“ zuständig. MitarbeiterInnen des Kompetenzfelds nehmen regelmäßig aktiv an wissenschaftlichen Konferenzen und sonstigen Veranstaltungen der ISEA und anderen verwandten Gesellschaften teil und beteiligen sich am Review-Prozess einschlägiger Journals, wie dem Journal of Sports Engineering.

Zusammen mit weiteren europäischen Hochschulen und VertreterInnen der Industrie ist man außerdem Teil der Alliance for Sports Engineering Education, eines durch Erasmus+ geförderten Projekts zur gezielten Vernetzung der Interessensgruppen auf diesem Gebiet.

Ein Hauptfokus der Disziplin Sports Engineering an der Fachhochschule Technikum Wien ist die messtechnisch unterstützte Prüfung von Sportgeräten. Im Rahmen von Studierenden- und Forschungsprojekten wurde über die Jahre hinweg eine Vielzahl an Methoden und Aufbauten entwickelt, um Sportgeräte und deren Komponenten sowohl im Feld, als auch unter Laborbedingungen auf deren Funktion zu testen. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um Prüftische und Prüfstände, welche so konzipiert wurden, dass sie es ermöglichen, unterschiedlichste Sportgeräte und deren Komponenten (zerstörungsfrei) auf ihre mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Prüftische eignen sich um einerseits an Normen angenäherte Prüfungen durchzuführen, aber auch um möglichst realitätsnahe Belastungen an Sportgeräten wiederholt einleiten zu können. Dabei gilt es stets zu beachten, dass die mittels dieser Methode erzielten Ergebnisse nur ein annäherndes Abbild dessen darstellen können, was tatsächlich während der Benutzung des Sportgeräts im Feld geschieht. Aus diesem Grund werden die Prüftische zumeist in Kombination mit Messungen unter Realbedingungen kombiniert. So etwa werden zuvor mit Sensorik (z.B. Dehnmessstreifen, Beschleunigungssensoren, etc.) ausgestattete Sportgeräte ersten Tests an einem Prüftisch unterzogen, dort kalibriert und die Ergebnisse anschließend mit im Feld gemessenen Werten verglichen. Die sich daraus ergebenden Unterschiede werden zusätzlich zur ständigen Weiterentwicklung und Verbesserung der Prüftische und auch der Sportgeräte herangezogen. Bei der Entwicklung von derartigen Prüfsystemen bzw. Prüftischen wird im Kompetenzfeld darauf geachtet, diese als modulares System aus Aluminiumprofilen und elektronischen Bauteilen umzusetzen. Dies ermöglicht eine gewisse Flexibilität in der Anwendung und Bearbeitung von spezifischen Aufgabenstellungen.

Derzeit verfügt das Kompetenzfeld über:

  • zwei Prüfstände für Biege-, Torsions- und Kompressionstests (universal einsetzbar, quasi-statisch)
  • zwei Impact-Test-Stände
  • drei dynamische Prüfstände speziell für Fahrradkomponenten (Bremssysteme, Reifen, Ketten und Federgabeln)
  • einen pneumatischen Prüfstand zur Untersuchung des Flexverhaltens von Ski- und Snowboardschuhen

Biomechanik

Die Biomechanik stellt ein interdisziplinäres Fachgebiet dar, welches sich der Aufgabe widmet, die Bewegungsabläufe biologischer Systeme anhand Prinzipien der Physik beziehungsweise speziell der Mechanik zu beschreiben, erfassen und analysieren. Befindet sich ein Körper in Bewegung kann dieser unter Betrachtung der vorliegenden Kräfte oder lediglich dessen räumlich-zeitliche Positionsänderung analysiert werden.

Beispielsweise könnte man bereits bei der Analyse einer vermeintlich einfachen Übung, wie der eines Handstands eine Vielzahl an Dingen untersuchen. Zunächst wäre vielleicht interessant, in welcher Position der Körper über einen gewissen Zeitraum gehalten wird und welche Kräfte auf den gesamten Körper oder bestimmte Bereiche (meist Gelenke) in dieser Zeit wirken. In weiterer Folge wäre es aber auch möglich, den Einfluss dieser gehaltenen Position auf Materialien, wie Knochen oder Knorpel zu analysieren und die Blutversorgung bestimmter Strukturen zu untersuchen.
Die Biomechanik als Ganzes ist daher ein sehr umfangreiches Fach.

Im Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics konzentriert sich die Biomechanik nicht ausschließlich, aber vor allem auf die Analyse von Bewegungsabläufen des menschlichen Körpers. Dies findet sowohl im Bereich der Rehabilitationstechnik, als auch der Arbeitswissenschaft und Ergonomie Anwendung. Eine im Kompetenzfeld besonders stark ausgeprägte Unterdisziplin ist jene der Sportbiomechanik, bei der die Analyse sportlicher Bewegungsabläufe mit und ohne Einbeziehung der Interaktion zwischen Mensch und Sportgerät im Vordergrund steht.

Abgesehen von theoretischen Grundlagen und Berechnungen, stellt die messtechnisch unterstützte Bewegungsanalyse (instrumented motion analysis) eine Art umfangreiche Sammlung an Analysemethoden im Bereich der Biomechanik dar. Das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics verfügt über eine Reihe solcher Messtechniken, wie beispielsweise zwei dreidimensionale Kraftmessplatten des Herstellers AMTI, welche in einem doppelten Boden integriert sind und für Gang-, Lauf, Sprung- und Gleichgewichtsanalysen angewendet werden. Ergänzend dazu stehen zwei plantare Druckmesssysteme (eine Zebris-Platte und ein Medilogic-Sohlensystem) zur Verfügung. Zur Erfassung der muskulären Aktivität während unterschiedlicher Bewegungen verfügt das Kompetenzfeld außerdem über mehrere Oberflächen-Elektromyographie Systeme. Neben Sensor basierten Motion Capture Systemen, wie das Xsens System, kommen außerdem verschiedene sowohl zwei-, als auch dreidimensionale Videoanalyse Systeme zum Einsatz, welche immer noch einen Goldstandard im Bereich der kinematischen Bewegungsanalyse darstellen. Aber nicht nur die bloße Anwendung und der Einsatz von kommerziell verfügbaren Systemen, sondern auch deren Funktionsanalyse und die Entwicklung individueller Messtechniksysteme sind Forschungstätigkeiten im Kompetenzfeld.

Sämtliche Messtechniken werden im Labor und im Feld, sowohl einzeln, als auch in Kombination eingesetzt, um ein möglichst breites Spektrum an Fragestellungen abdecken zu können.

Ein weiteres, spezielles Anwendungsgebiet der Biomechanik, welchem an der Fachhochschule Technikum Wien eine große Aufmerksamkeit geschenkt wird, ist das sogenannte Balance Assessment. Hierbei geht es darum, die posturale Stabilität von Personen zu untersuchen und davon ausgehend Rückschlüsse auf etwaige Pathologien, Therapieverläufe oder Potenziale zur Trainingsgestaltung und Leistungssteigerung zu ziehen. Das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics fungiert hier einerseits als Anwender bereits arrivierter Posturographie Systeme, andererseits ist man seit vielen Jahren intensiv an der Forschung und Entwicklung neuer Methoden und Produkte beteiligt.

Ergonomie

Die Ergonomie ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, welche aufgrund der Herkunft des Begriffs (altgriech. ergon = Arbeit, nomos = Gesetz) im deutschsprachigen Raum oft auch vereinfacht als Arbeitswissenschaft bezeichnet wird. Ursprünglich beschäftigt sich die Ergonomie mit den Gesetzmäßigkeiten einer menschengerechten Gestaltung von Arbeit und Arbeitsverhältnissen. Dabei wird der Ansatz verfolgt, nicht den Menschen an die Arbeit, sondern die Umstände der Arbeit bestmöglich an den Menschen und seine Bedürfnisse anzupassen.

Im englischsprachigen Raum hat sich die Bezeichnung Human Factors als Synonym zur Ergonomie entwickelt und etabliert. Hierbei lässt sich erkennen, dass sich die klassische Ergonomie im Laufe der Jahre dahingehend erweitert hat, dass unter diesem Begriff mittlerweile die generelle menschengerechte Gestaltung von Produkten, Prozessen und Gegebenheiten der Umwelt verstanden wird – auch abseits des reinen Kontexts der Arbeit. Im Fokus der Ergonomie steht somit ganz allgemein das menschliche Wohlbefinden gepaart mit dem Ziel einer Leistungsoptimierung des Gesamtsystems Mensch-Maschine-Umwelt.

Aufgrund des fundierten Know-hows in den beiden zuvor beschriebenen Bereichen, fokussiert das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics & Ergonomics hinsichtlich der Ergonomie speziell auf die physischen Aspekte. Das Wissen, das über viele Jahre aufgebaut wurde, findet seine Anwendung in der Ergonomie daher vor allem in der Analyse, Entwicklung und Optimierung von Produkten und Tätigkeiten im Sinne einer menschengerechten Gestaltung.

Projektaktivitäten im Kompetenzfeld

Im Rahmen von Studierendenprojekten, Auftragsprojekten der Industrie und geförderten Projekten forscht und entwickelt das Kompetenzfeld stetig.
Regelmäßig werden Produkte der Sportartikelindustrie für deren Analyse und Weiterentwicklung den gnadenlosen ForscherInnen überlassen.
Für die Entwicklung innovativer Sensorik im Bereich Wearables, wird das Kompetenzfeld des Öfteren kontaktiert, um mit unterschiedlichen Referenzsystemen Validierungsmessungen der neuen integrierten Messtechnik in Schuhen und Bekleidung durchzuführen.
Seit einigen Jahren werden zudem die objektiven Vergleichstests verschiedener Fahrradbremssysteme im Auftrag der Motor Presse Stuttgart GmbH&Co. KG durchgeführt und die Ergebnisse in den Magazinen ROADBIKE und MOUNTAINBIKE veröffentlicht.

Im Bereich des Spitzensports konnten bereits mehrfach erfolgreiche Projekte sowohl für Verbände, Vereine oder auch EinzelsportlerInnen durchgeführt werden. So wurde beispielsweise der Einfluss bestimmter Anpassungen eines Handbikes auf die muskuläre Leistungsfähigkeit eines Spitzenathleten untersucht und analysiert, ob eine Änderung des bestehenden Setups zu einer potenziellen Leistungssteigerung führen kann. Im Bereich des Rollstuhltennis unterstützt das Kompetenzfeld seit längerer Zeit einen Spieler gezielt sowohl in der Weiterentwicklung des Materials, aber auch der einhergehenden Optimierung seiner Bewegungsabläufe. Für den österreichischen Bogensportverband wurden Untersuchungen der muskulären Aktivierung und Beschleunigungen an Bogen- und Zugarm in Kombination mit der plantaren Druckverteilung und Standposition durchgeführt. Usw.

Ein junges, österreichisches Unternehmen unterstützt das Kompetenzfeld in der Lehre durch Studierendenprojekte aber auch im Zuge einer beauftragten Forschungsarbeit an der Entwicklung eines neuartigen Bürostuhls.

Und in Kooperation mit dem Tischfußballverein wird zur Zeit an einem instrumentieren Tischfußballtisch gearbeitet, welcher eine automatische Spielerfassung, -analyse und Anzeige des Spielstands ermöglicht.

Anhand diesem Auszug an Projektaktivitäten ist erkennbar wie vielseitig und vielschichtig das Kompetenzfeld Sports Engineering, Biomechanics and Ergonomics an der FH Technikum Wien tätig ist.
Ganz nach dem Motto: Geht nicht, gibt’s nicht.

Der Einsatz von Zellen stellt in der molekularen Biotechnologie eine nachhaltige Alternative zu Tierversuchen dar. Die Palette der Anwendungen reicht dabei von toxikologischen Tests über die Entwicklung von Krankheitsmodellen bis hin zur Optimierung von biophysikalischen therapeutischen Ansätzen. Molekularbiologische Methoden ermöglichen die detaillierte Analyse von Struktur und Funktion der Zellbestandteile, in Krankheitsmodellen können mittels der CRISPR/Cas-Methode Gen(-abschnitte) punktgenau entfernt oder ausgeschaltet werden.

Unser besonderer Fokus liegt auf dem Einsatz von Zelltechnologien für die Entwicklung von regenerativen Therapien und das Tissue Engineering - mit dem Ziel, durch Verletzung oder Krankheit zerstörtes menschliches Gewebe als Modell anzufertigen bzw. zu ersetzen. Dafür wird neues Gewebe aus (Stamm-)Zellen gezüchtet. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Biomaterialien, synthetische Werkstoffe oder Materialien biologischen Ursprungs, die in Kontakt mit den Zellen treten und diese in eine dem natürlichen Vorbild angepasste dreidimensionale Anordnung bringen. Eine reproduzierbare Herstellung künstlicher Gewebe wird durch die Entwicklung und Optimierung von Bioreaktoren, computergestützten Geräten, die eine kontrollierte Umgebung für die Gewebezüchtung bieten, ermöglicht.

  • Tissue Engineering
  • Biomaterialien als bioaktive Gerüststrukturen
  • Bioreaktoren zur mechanischen Stimulierung von Gewebe
  • Analyse und Optimierung Extrakorporaler Stoßwellentherapie
  • Miniaturisierung
  • Molekularbiologie und Zellkulturtechniken
  • Genomic Engineering