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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung Vom chirurgischen Bohrer bis zur Softrobototik

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Das Fraunhofer IPA zeigt auf der Medtec Europe unter anderem den bionisch inspirierten Bohrer Sirex, mit dem sich Hüftprothesen schnell und präzis einsetzen lassen. Außerdem präsentieren die Wissenschaftler einen neu entwickelten Baukasten für die Soft-Robotik, der weiche und flexible Robotersysteme nach menschlichem Vorbild ermöglicht.

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Der Bohrer Sirex wurde nach dem Vorbild der Holzwespe entwickelt. Er soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen.
Der Bohrer Sirex wurde nach dem Vorbild der Holzwespe entwickelt. Er soll Chirurgen dabei helfen, Hüftprothesen einzusetzen.
(Bild: Fraunhofer IPA)

Ein künstliches Hüftgelenk einzusetzen, ist ein komplexes Unterfangen. In einem besonders aufwendigen Schritt muss der Chirurg von Hand ein Loch mit rechteckigem Querschnitt in den Oberschenkel des Patienten bohren.

Runde, dreieckige oder mehreckige Löcher bohren

Mit Sirex, einem neuartigen Bohrer von Dr. Oliver Schwarz, Gruppenleiter Biomechatronische Systeme, können Chirurgen den Eingriff künftig schnell und präzise vornehmen. Das Entwicklerteam ist bionischen Prinzipien gefolgt und hat die Bohrtechnik von Holz- und Schlupfwespen auf das Werkzeug übertragen. Mithilfe des rotationsfreien Pendelhubprinzips können neben runden auch Löcher mit dreieckigen oder mehreckigen Querschnitten gebohrt werden. Darüber hinaus ist der Kraftaufwand, der zum Bohren aufgewendet werden muss, deutlich geringer als bei der herkömmlichen Methode.

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Prothesen an natürlichen Bewegungsablauf anpassen

Daneben arbeiten die IPA-Wissenschaftler an Lösungen, um natürliche Bewegungsabläufe zu erfassen und mit den daraus gewonnenen Daten und Erkenntnissen Prothesen und Orthesen zu entwickeln. Denn: Die Ersatzteile aus den Hightech-Schmieden erleichtern das Leben umso mehr, je näher sie dem natürlichen Bewegungsablauf kommen. Außerdem forschen die Experten an Methoden, um mittels 3D-Druck kostengünstige und individuelle Prothesen und Orthesen herzustellen.

Solche generativ gefertigten Ersatzkörperteile sind am Messestand ausgestellt. Ein weiteres Thema beim Fraunhofer IPA sind Exoskelette. Die körpergetragenen Stützen entlasten Personen bei körperlich anstrengenden Tätigkeiten und beugen Krankheiten vor. Ziel ist es, eine biomechanisch optimale Haltung und Lastenverteilung im Körper des Trägers zu erreichen, die körperliche Gesundheit zu bewahren sowie zusätzlich komplexe Fertigungs- oder Montageschritte maschinell zu unterstützen.

Softrobotik auch in der Medizintechnik denkbar

Darüber hinaus präsentieren die IPA-Wissenschaftler einen Baukasten für biologisch inspirierte Robotersysteme, die im Gegensatz zu konventionellen Robotern nachgiebig und weich sind. Die einzelnen Komponenten ähneln menschlichen Armen und Beinen: Sie haben knochenähnliche Strukturen aus Karbon und Gelenke aus 3D-gedrucktem Kunststoff. Aktoren und Seilzüge bilden Muskeln und Sehnen nach, integrierte Sensoren ermöglichen die Kraftmessung und -regulierung. Dank ihres kostengünstigen und modularen Aufbaus sind die weichen Roboter vielseitig einsetzbar.

Für die Servicerobotik und industrielle Anwendungen eignen sie sich, weil Menschen sicher mit ihnen zusammenarbeiten können. Darüber hinaus ist es denkbar, die nachgiebigen Aktoren bei Exoskletten zu verwenden.

Medtec 2015: Halle 7, Stand B04 und B10, Halle 5, Stand G72

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