Das Institut für Mechatronische Systeme (kurz imes) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Tobias Ortmaier ist der Fakultät für Maschinenbau der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover zugeordnet. Die mehr als zwanzig wissenschaftlichen Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des imes teilen sich in die drei thematischen Forschungsgruppen „Identifikation und Regelung“, „Medizintechnik und Bildverarbeitung“ sowie „Robotik und autonome Systeme“ auf.
Mechatronik
In vielen Bereichen der Technik entstehen Produkte, bei denen Lösungen nur durch Integration von mechanischen, elektronischen und informationsverarbeitenden Komponenten erreicht werden können. Die intelligente und interdisziplinäre Verknüpfung dieser einzelnen Fachgebiete in einem System wird als Mechatronik bezeichnet. Beispiele für mechatronische Systeme finden sich nahezu in allen Bereichen der Ingenieurswissenschaften: Anti-Blockier-Systeme für Fahrzeuge, Einrichtungen des aktiven Schwingungsschutzes, moderne Werkzeugmaschinen, Spiegelreflexkameras, sensorgeführte Roboter oder chirurgische Instrumente. Das imes beschäftigt sich mit dem Charakter solcher Systeme, ihrer Entwicklung, Konstruktion, Modellierung, Identifikation und Regelung.
Die Entstehung des Instituts
Das imes ist indirekt aus dem ehemaligen Institut für Mechanik hervorgegangen, in dem die Gebiete Elasto- und Plastomechanik, Dynamik und Schwingungen sowie Robotik und Mechatronik angesiedelt waren. Im Rahmen von Umstrukturierungsmaßnahmen entstanden aus den verschiedenen Teilbereichen eigenständige Institute, wodurch 2005 u. a. das Institut für Robotik unter damaliger Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Bodo Heimann hervor ging. Im April 2009 wurde das Institut für Robotik unter neuer Leitung von Prof. Dr.-Ing. Tobias Ortmaier schließlich in das heutige Institut für Mechatronische Systeme umgewandelt.
Forschungsschwerpunkte und Kernkompetenzen
Das imes beschäftigt sich nicht ausschließlich mit grundlagenorientierten Forschungsthemen, vielmehr zeigen zahlreiche Projekte eine Verschmelzung des wissenschaftlichen Know-Hows mit industriellen und klinischen Fragestellungen.
Die Kerngebiete in Forschung und Lehre sind Robotik, Produktionstechnik, Fahrzeugmechatronik und Medizintechnik. Aus methodischer Sicht stehen insbesondere Fragestellungen der Modellbildung, Identifikation und Regelung sowie der Sensorik im Vordergrund. Die Kernkompetenzen des Instituts spiegeln sich besonders in der Expertise der einzelnen Forschungsgruppen wider.
Forschungsgebiet: Identifikation und Regelung
Im Fokus der Forschungsaktivitäten der Gruppe „Identifikation und Regelung“ stehen modellbasierte Verfahren und Methoden. Die Modellierung und das hierdurch erlangte Systemverständnis bildet dabei die Grundlage für die weiterführenden Arbeiten. Ziel ist, durch den Einsatz geeigneter onlinefähiger Beobachter- und Identifikationsmethoden gezielte Aussagen über im Allgemeinen nicht direkt messbare Zustände und Parameter eines Prozesses oder eines Systems treffen zu können. Diese Ergebnisse werden anschließend zur Prozessüberwachung, zur Entwicklung modellbasierter Regelstrategien bis hin zur Konzeption von neuen Antriebsmechanismen eingesetzt. Das Resultat sind optimierte Systeme in den Bereichen der Automobil-, Antriebs- und Produktionstechnik, die beispielsweise Fehler automatisch detektieren, einen Prozess automatisiert „erlernen“ oder eine höhere Dynamik als konventionelle Systeme aufweisen.
Forschungsgebiet: Robotik und autonome Systeme
Die Forschungsgruppe „Robotik und autonome Systeme“ beschäftigt sich mit Fragestellungen aus den Bereichen der kinematischen und dynamischen Modellierung sowie der Bewegungsplanung komplexer mechatronischer Systeme. Im Vordergrund der Betrachtung stehen Mehrkörpersysteme sowie autonome, mobile (Service-)Roboter. Neben der Entwicklung und Umsetzung maßgeschneiderter, anwendungsspezifischer Lösungen, die beispielsweise im Bereich der mechatronisch assistierten Chirurgie zum Einsatz kommen, werden flexibel nutzbare Konzepte erforscht. Des Weiteren erfolgt die Entwicklung allgemeingültiger Modellierungs- und Identifikationsmethodiken. Diese werden u. a. innerhalb modellbasierter Regelungsansätze sowie bei der (energie-)optimalen Bahnplanung eingesetzt, um der stetig steigenden Nachfrage an Effizienz, Nachhaltigkeit und ökonomischen Systemen gerecht zu werden.
Forschungsgebiet: Medizintechnik und Bildverarbeitung
Heutige chirurgische Eingriffe sind gekennzeichnet durch ein hohes Maß an Komplexität. Diese resultieren aus kontinuierlich steigenden Anforderungen, die an den ausführenden Chirurgen gestellt werden. So sind zunehmend feinere anatomische Strukturen Gegenstand von operativ durchgeführten Therapien. Gleichzeitig soll das postoperative Trauma des Patienten auf ein Minimum reduziert werden. Hierzu sind innovative Geräte erforderlich, die modernste informationstechnische, bildgebende und mechatronische Komponenten fusionieren. In enger Zusammenarbeit mit Medizinern, Ingenieuren und Informatikern arbeitet die Forschungsgruppe „Medizintechnik und Bildverarbeitung“ an innovativen Projekten im Bereich der Geräte- und Lasertechnik sowie bildverarbeitenden Methoden für die computergestützte Präzisionschirurgie.
Interdisziplinäres Forschen
Um den steigenden Anforderungen auf dem interdisziplinären Gebiet der Mechatronik Rechnung zu tragen und die vorhandenen Ressourcen aus den vielen verschiedenen Teildisziplinen des Maschinenbaus, der Elektro- und Informationsverarbeitung sowie der Informatik zu bündeln, wurde das Mechatronik-Zentrum Hannover (kurz MZH) im Jahr 2000 mit Unterstützung des Landes Niedersachsen gegründet. Das imes (bzw. seine Vorgängerinstitute) gehört zu den Gründungsmitgliedern und ist auch heute im Verbund der Institute noch sehr engagiert.
Zusätzlich ist das imes Mitglied im Hannoverschen Zentrum für Optische Technologien (kurz HOT). Das fachübergreifende Forschungszentrum der Leibniz Universität Hannover befasst sich im Speziellen mit der Forschung auf dem Gebiet der Optik und optischen Technologien und hat das Ziel, neue Forschungszweige zu schaffen und diese für Forschung, Lehre und Wissenstransfer nutzbar zu machen.
Engagement in der Lehre
Neben den Forschungstätigkeiten ist insbesondere die Ausbildung des Ingenieurnachwuchses durch Vorlesungen und die Betreuung studentischer Arbeiten ein wichtiger Schwerpunkt der Arbeit am Institut. Neben grundlegenden Vorlesungen wie „Technische Mechanik I & II für Elektrotechniker“ und „Mechatronische Systeme“ werden Vertiefungsvorlesungen im Hauptstudium angeboten. Hierunter fallen „Robotik I & II“, „Computer- und Roboterassistierte Chirurgie“, „Aktive Systeme im Kfz“ und „Augmented Reality Apps für die Mechatronik und Medizintechnik“. Ein neues, innovatives Konzept in der Lehre ist die Veranstaltung „RobotChallenge“. Im Vordergrund steht bei dieser wettbewerbsartigen Vorlesung das Duell zwischen zwei studentischen Teams, die innerhalb des Semesters auf der mobilen Roboterplattform youbot der Firma KUKA Roboter GmbH verschiedene Aufgaben praktisch lösen müssen. Diese Vorlesung ist ausgerichtet auf den RobotCup@Work, an dem die LUHbots – ein studentisches Team des Mechatronik-Zentrums – regelmäßig mit großem Erfolg teilnehmen.
Neben den Vorlesungen bildet die Betreuung studentischer Arbeiten einen weiteren Schwerpunkt in der Lehre. Bachelor-, Master und weitere Arbeiten werden forschungsnah und in Kooperation mit dem betreuenden Mitarbeiter im Rahmen laufender Forschungsprojekte erarbeitet.
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Tobias Ortmaier
Tel. +49 511 762 4179
info@imes.uni-hannover.de
www.imes.uni-hannover.de
Gastbeitrag von
Jens Kotlarski, Leiter der Forschungsgruppe Robotik & autonome Systeme
Ausführliche Informationen: Institut für Mechatronische Systeme (imes), Mechatronik-Zentrum Hannover (MHZ), Hannoversches Zentrum für Optische Technologien (HOT), LUHbots, RoboCup@Work
(Bildmaterial: © imes; Logos: © Mechatronik-Zentrum Hannover, © Hannoversches Zentrum für Optische Technologien, © Leibniz Universität Hannover)
Jens Kotlarski
