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Data-Efficient and Uncertainty-Aware Inverse Modelling for Biomechanical Simulation

Bailer, Sophia (2026) Data-Efficient and Uncertainty-Aware Inverse Modelling for Biomechanical Simulation. Masterarbeit, Karlsruhe Institute of Technology.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
4MB

Kurzfassung

Human body posture and muscle tension play a crucial role in determining injury severity during vehicle crashes, motivating the use of detailed biomechanical simulations. Building on a finite element model that simulates the motion of a human arm under constant muscle stimulations, this thesis focuses on the mathematical problem of inverse estimation: Determining the muscle stimulation required by the simulation to achieve a desired posture. This inverse problem is high-dimensional, strongly redundant, and nonlinear, making analytical solutions infeasible. To address this, different machine learning algorithms are applied and compared regarding their ability to approximate and invert the system’s behavior. A further key component is the development of an iterative data generation strategy that enhances model accuracy while reducing simulation calls. The final approach combines Gaussian process regression with a tailored optimization approach and a goal-directed, iterative data generation process that adaptively refines the training data. This enables a data-efficient and mathematically grounded estimation of muscle stimulations, where the inverse estimation achieves a mean absolute error of 0.58 when evaluated at 5◦ target increments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226362/
Dokumentart:Hochschulschrift (Masterarbeit)
Titel:Data-Efficient and Uncertainty-Aware Inverse Modelling for Biomechanical Simulation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bailer, SophiaSophia.Bailer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
DLR-Supervisor:
BeitragsartDLR-SupervisorInstitution oder E-Mail-AdresseDLR-Supervisor-ORCID-iD
Thesis advisorGrealy, Danieldaniel.grealy (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERT
Thesis advisorSturm, RalfRalf.Sturm (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0259-5127
Datum:2026
Open Access:Nein
Seitenanzahl:74
Status:veröffentlicht
Stichwörter:surrogate modelling, human body model, finite element analysis, muscle-driven movement
Institution:Karlsruhe Institute of Technology
Abteilung:Institute of Applied and Numerical Mathematics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - FFAE - Fahrzeugkonzepte, Fahrzeugstruktur, Antriebsstrang und Energiemanagement
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Fahrzeugkonzepte > Fahrzeugarchitekturen und Leichtbaukonzepte
Hinterlegt von: Grealy, Daniel
Hinterlegt am:31 Aug 2026 06:35
Letzte Änderung:31 Aug 2026 06:35

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