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Dr. Fritz Faulhaber Der Simulator im Haus erspart die Leiche im Keller

| Redakteur: M.A. Frauke Finus

Für den richtigen Schnitt bei Operationen üben angehende Chirurgen oft an sterblichen Überresten. Ohne Leichen geht es aber auch. Der Einsatz von Chirurgie-Simulatoren ist weit verbreitet. Haptik-Robotiksysteme simulieren dafür taktile Sinneswahrnehmungen und vermitteln realistische Eindrücke.

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Feedback- und Steuerungsfunktionen: Der mechanisch ausbalancierte, reibungsarme Roboter simuliert eine taktile Wahrnehmung.
Feedback- und Steuerungsfunktionen: Der mechanisch ausbalancierte, reibungsarme Roboter simuliert eine taktile Wahrnehmung.
(Bild: Quanser)

Quanser stellt Chirurgie-Simulatoren her, die Medizinstudenten erlauben, außerhalb der Pathologie zu üben. Die Firma kann flexibel auf Kundenwünsche eingehen. Wenn beispielsweise ein Chirurg an Quanser herantritt, der Nadeleinstiche im Operationssaal untersuchen möchte, kann für ihn ein Gerät entwickelt werden, das genau die richtigen Spezifikationen dafür hat. Die antriebstechnische Grundausstattung bleibt dabei immer ähnlich, denn Quanser verbaut drehmomentstarke, breitbandige Servomotoren von Faulhaber. Neben solch anwendungsspezifischen Produkten wie Lehrmitteln werden auch allgemeine Haptiksysteme für die Forschung gebaut. Die neueste Entwicklung, das High Definition Haptic Device (HD2), ist ein Parallelmechanismus mit sechs Freiheitsgraden (x, y, z, Rollen, Nicken, Gieren).

Geschmeidige undgleichmäßige Kräfte

Der mechanisch ausbalancierte, reibungsarme Roboter besteht aus zwei gekoppelten Auslegern mit je fünf Gelenken und kann über einen großen Arbeitsbereich hinweg Bewegungen in hoher Auflösung ausführen. Das HD2 hat einen Roll- und Nickbereich von jeweils ± 90° und einen Gierbereich von ± 180°. „Was man auch immer zu simulieren versucht, Klopfen auf Holz oder Bewegungen bei der Gehirnchirurgie, die jeweilige Haptik muss definierte und gleichmäßige Sinneswahrnehmungen vermitteln“, erklärt Paul Karam, Director of Engineering bei Quanser.

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Hohes Drehmoment, niedrige Massenträgheit

Ein ideales Haptikgerät zeichnet sich durch geringe Reibung und Massenträgheit aus, kann aber zugleich Kräfte mit großer Dynamik erzeugen, und das alles innerhalb eines großen Arbeitsbereichs. Um das Reaktionsvermögen des HD2 zu erhöhen, wurden die Motoren im Gehäuse und nicht auf dem Stellgliedarm angeordnet. Die für die Leistungsfähigkeit entscheidenden Komponenten sind die Linearstromverstärker. „Damit lassen sich sehr geschmeidige und gleichmäßige Kräfte um null herum erzeugen, und das kann man auch fühlen“, berichtet Karam.

Der Simulator ist ausgestatet mit einer PC-basierten Steuerung. Sie arbeitet im Bereich von 1 bis 10 kHz, liest die Encoder simultan aus, berechnet die Kinematik des Geräts und gibt die Drehmomente aller sechs Motoren vor.

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