Als größtes Gelenk unseres Körpers ist das Knie von entscheidender Bedeutung für die Bewältigung unseres Alltages. Ob wir nun gehen, rennen, tanzen oder uns einfach nur hinsetzen wollen, es trägt stets eine wesentliche Rolle zu unserer Beweglichkeit bei. Die Kraftübertragung des Bewegungsapperates wird dabei von den knöchernen Gelenkpartnern, dem Oberschenkelknochen (Femur), dem Schienbein (Tibia) und der Kniescheibe (Patella) übernommen. Zur Stabilisierung und Gewährleistung der Mobilität dienen entsprechende Band-, Sehnen- und Muskulaturstrukturen, wie beispielsweise das Kreuzband und die Seitenbänder, die Patellasehne sowie der Musculus quadrizeps und die ischiocrurale Muskulatur. Vorhandene Inkongruenzen werden schließlich durch den Außen- und Innenmeniskus ausgeglichen, so dass eine gleichmäßige Belastung ermöglicht wird. Zudem besitzen sie zusammen mit den vorhandenen Gelenkknorpeln ein gutes Dämpfungsverhalten und eine außergewöhnlich kleine Gleitreibung.

Das menschliche Kniemodell als Objekt der Biomechanik ist bereits gut erforscht, so finden sich zahlreiche Ansätze zur mathematischen und mechanischen Beschreibung. Hierbei wird jedoch weitestgehend die Bewegung und Position der Kniescheibe vernachlässigt. Dabei übernimmt gerade die Patella eine wesentliche Rolle zur Übertragung der von der ventralen Oberschenkelmuskulatur ausgeübten Kräfte. Zudem schützt sie unser Kniegelenk. Im Rahmen dieses Praktikums soll daher ein erster Ansatz zur Modellierung der Kniescheibe unter Berücksichtigung möglichst vieler realitätsrelevanter Komponenten geschaffen werden. Eine anschließende Implementierung zur Berechnung der Patellapositionierung für unterschiedlichste Beugungen des Kniegelenkes und unter Berücksichtigung aktiver Muskelkräfte wird schließlich in dem mathematischen Programmpaket Matlab erfolgen.