Die Modellierung des Fuß-Boden-Kontakts für die vorwärtsdynamische Gangsimulation ist, als Darstellung des einzigen Kontaktbereichs mit der Umwelt, von großer Bedeutung. Die gewöhnlichen Ansätze induzieren durch die Art ihrer Modellierung mit elastischen Kontaktelementen unrealistische Effekte in die Vorwärtsdynamik. Unter anderem sind die Modellparameter nicht aus den morphologischen Eigenschaften des Fußes zu identifizieren, und es treten unrealistische, hochfrequente interne Schwingungen innerhalb des Modells auf.

Um Echtzeitanwendungen und rechenaufwendige Optimierungen von Gangsimulationen zu ermöglichen, zeigt die hier vorliegende Dissertation einen neuen Ansatz zur Modellierung des Fuß-Boden-Kontakts auf. Die Arbeit besteht aus drei Kernbeiträgen, die in Kombination einen neuartigen Ansatz zur Vorwärtsdynamik des humanen Ganges in der Sagittalebene darstellen.

Erstens wird das Abrollverhalten des Fußes beim menschlichen Gang in der Sagittalebene im Rahmen einer Messstudie detailliert untersucht. Daraus wird ein neuer Parameter mit dem sagittalen Abrollradius entwickelt, der den repetitiven Zusammenhang beim Abrollvorgang des Fußes grob reproduzierbar und plausibel abbildet.

Zweitens wird das gemessene Abrollverhalten auf Basis der gewonnen Erkenntnisse mit einer sogenannten Abrollscheibe modelliert. Dabei wird eine Kontaktgeometrie erzeugt, die mit einer reinen Rollbewegung das individuelle Abrollverhalten des Fußes mit einer für ungefähre vorwärtsdynamische Simulationen hinreichende Genauigkeit widerspiegelt.

Drittens wird dieser neuartige Ansatz zur Modellierung einer Kontaktgeometrie im Rahmen einer vorwärtsdynamischen Gangsimulation validiert und mit einem konventionellen Fußkontaktmodell verglichen. Dabei zeigt sich, dass die Modellierung mit der Abrollscheibe mindestens gleichwertige Ergebnisse liefert, ohne Oszillationen oder unerwünschte Effekte und mit einem um den Faktor 20 geringeren Rechenaufwand.