■ [ FOKUS FORSCHUNG ] Biegsam wie ein Elefantenrüssel Künstliche Tentakel | Forscher entwickeln Roboterarme, biegsam wie Elefantenrüssel: für große Greifer und kleine Endoskope. Die Doktoranden Dominik Scholtes, Rouven Britz und Yannik Goergen (von links) mit Prototypen der biegsamen Roboterarme Bild: Oliver Dietze Sie schlängeln sich präzise um Windungen und Ecken, bewegen sich frei in alle Richtungen: Eine Arbeitsgruppe an der Universität des Saarlandes arbeitet gemeinsam mit Forschern der TU Darmstadt an dünnen, präzise steuerbaren künstlichen Tentakeln. Diese könnten in Zukunft als Führungsdraht bei Herzoperationen oder als Endoskop bei Magen- und Darmspiegelungen zum Einsatz kommen. Dafür statten die Forscher die Tentakel mit zusätzlichen Funktionen wie einer versteifbaren Spitze für Stoßbewegungen oder einem Greifer aus. Auch große Roboterrüssel sind möglich – die Technik ist skalierbar. Dreh- und Angelpunkt sind die künstlichen Muskeln. Sie bestehen aus haarfeinen Drähten aus Nickel-Titan. „Die Legierung Nickel-Titan besitzt ein Formgedächtnis“, sagt Prof. Stefan Seelecke. Fließt Strom durch einen solchen Draht, erwärmt er sich, und seine Kristallstruktur wandelt sich so um, dass er sich verkürzt. Ohne Strom kühlt er ab und wird wieder lang. Das Saarbrücker Team bündelt die Drähte wie Muskelfasern. Mehrere Drähte geben mehr Wärme ab, so erreicht man schnelle Kontraktionen. „Die Drähte haben die höchste Energiedichte aller bekannten Antriebsmechanismen: Auf kleinem Raum entwickeln sie hohe Zugkraft“, erläutert Seelecke. Bei den Roboterarmen werden die Drahtstränge als Beuge- und Streckmuskulatur verbunden, dies bringt eine fließende Bewegung hervor. Die Tentakel ist hochpräzise steuerbar und kann als Werkzeug mehrere Funktionen erfüllen. Die Forscher modellieren und programmieren hierzu Bewegungsmuster auf einen Halbleiterchip. Das System kommt dabei ohne Sensoren aus: Die Drähte selbst liefern alle nötigen Daten. Die Roboterarme arbeiten auch unabhängig von schwerem Gerät im Hintergrund. Alles, was die Drähte benötigen, ist Strom. www.uni-saarland.de HTWK-Innovationen Mit einem Lernspiel trainieren angehende Mediziner eine komplette Bandscheiben-OP Interoperabilität Neues Projekt zur Gerätevernetzung im OP Wissenschaftler der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben Neuheiten für die chirurgische Aus- und Weiterbildung und die Hand-Rehabilitation entwickelt. Mit dem Lernspiel „Surme“ können Ärzte sowohl erste chirurgische Handgriffe üben als auch an einem optisch wie haptisch realistischen Simulationssystem eine Bandscheibenoperation trainieren. Ob Mit dem Lernspiel „Surme“ können Ärzte erste chirurgische Handgriffe sowie eine komplette Bandscheibenoperation üben Bild: Swen Reichhold die Operation erfolgreich war, zeigt die Auswertung auf der integrierten Lernplattform. Neben der HTWK Leipzig waren an der Entwicklung die Schön-Klinik München, das IT-Start-up Code Craft aus Leipzig und MRC Systems aus Heidelberg beteiligt. Die Ergebnisse von „Surme“ sollen bald in die Praxis überführt werden. HTWK-Professor Werner Korb hat zwei Unternehmen gegründet: Die Realists Training Technologies GmbH bietet chirurgische Trainings an Simulatoren an, die Vocationeers GmbH konzentriert sich auf digitale Lernplattformen. Das Gründerteam „Recovics“ der HTWK Leipzig arbeitet an einer digitalen Lösung zur Unterstützung der Hand-Therapie. Ein Fünf-Finger-Handschuh-Exoskelett mit innovativer Mechanik und Sensorik soll Patienten mit Bewegungseinschränkungen der Hand eine flexible und individuelle Möglichkeit zur Hand-Selbstrehabilitation geben. www.htwk-leipzig.de Die Vernetzung von softwaregesteuerten Medizingeräten unterschiedlicher Hersteller im modernen OP ist eine Herausforderung. Ziel des Projekts „Pocspec – Modular Specialisations for Point-of-Care Medical Devices“ ist es, ein höheres Niveau und höhere Qualität der Interoperabilität zu erreichen und die Austauschbarkeit von Medizingeräten unterschiedlicher Hersteller im laufenden Betrieb zu ermöglichen. Dazu werden Ergänzungen zur Normenfamilie ISO/IEEE 11073 entwickelt, die für bestimmte Gerätekategorien die Vernetzungsanforderungen genau festlegen, so dass Geräte unterschiedlicher Hersteller über das Netzwerk einheitlich überwacht und angesteuert werden können. Dies soll beispielhaft für zwei besonders komplexe Gerätekategorien umgesetzt werden: die Endoskopie und Hochfrequenzchirurgie. Das Projekt wird von Offis – Institut für Informatik in Oldenburg koordiniert. www.pocspec.de 56 medizin&technik 02/2019
Zwei-Photonen-Absorption Metallische Nanostrukturen mit Laserlicht erzeugen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) in Mainz gehen der Frage nach, ob es möglich ist, metallische Nanostrukturen aus der Gasphase mittels Laser - direktschreiben herzustellen – unter Ausnutzung der Zwei-Photonen-Absorption – und welche Auflösungsgrenzen dabei erreicht werden können. Bei der laserbasierten Abscheidung aus der Gasphase unter Verwendung spezieller Metall-Prekursoren lag die Auflösung der Strukturgrößen bislang eher im Mikrometerbereich. Um die Auflösungsgrenze in den Nanometerbereich herunter zu skalieren, wird im wissenschaftlichen Vorprojekt Lameta die Zwei-Photonen-Absorption in Kombination mit Metall-Prekursoren angewandt. So entfallen mehrstufige Lithographieverfahren mit anschließender Metallisierung und einer Beschränkung auf quasi-dreidimensio - nale Strukturen sowie auf spezielle Fotolacke. Um voll funktionale metallische Nano - strukturen zu erzeugen, ist ein Verfahren wünschenswert, das eine direkte Erzeugung von uneingeschränkt dreidimensionalen Strukturen erlaubt, dabei ohne aufwendige Entwicklungsprozesse auskommt sowie die Anwendung auf beliebigen Substraten ermöglicht. Im Projekt sollen die Auflösungsgrenze dieses Verfahrens untersucht und Funktions - demonstratoren für eine gezielte Wechselwirkung von Licht mit diesen periodischen 3D-Metallstrukturen hergestellt werden. www.imm.fraunhofer.de Wir sind dabei, wenn Zuverlässigkeit an erster Stelle steht. Unsere innovativen Sensorlösungen machen medizintechnische Geräte noch leistungsfähiger und sicherer. Additive Manufacturing Innovationszentrum in Dresden ermöglicht Entwicklungsleistungen vom Pulver bis zum Bauteil Dr. Thomas Weißgärber (links) und Prof. Dr. Bernd Kieback eröffnen das Innova - tion Center Additive Manufacturing am Fraunhofer-IFAM in Dresden Bild: Fraunhofer-IFAM Dresden Mit der Eröffnung des Innovation Center Additive Manufacturing (Icam) baut das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (Ifam) in Dresden seine Kompetenz im Bereich der Additiven Fertigung weiter aus. In einer neu errichteten Technologiehalle bietet das Institut Partnern aus Industrie und Forschung vielfältige Entwicklungsleistungen vom Pulver bis zum Bauteil, etwa in Form von Machbarkeitsstudien, der Bewertung von Pulvern für die additive Fertigung und der Qualifizierung neuer Werkstoffe. Die Bauteilentwicklung, beginnend beim Pulver über die Konstruktion bis zur Herstellung und Nachbearbeitung, ist ein weiterer Bestandteil des Angebotes. Im ICAM gibt es mehrere Anlagen zum Selektiven Elektronenstrahlschmelzen, darunter die Q-20-plus des schwedischen Herstellers Arcam EBM – die Anlage mit dem größten derzeit verfügbaren Bauraum für das Selective Electron Beam Melting (SEBM). Daneben wird die AMCC-Line (Additive Manufacturing Complete and Compact) des Projektpartners Xerion aufgebaut, eine prototypische Fertigungslinie für 3D-Bauteile mittels - Filamentdruck (FFF). Das Verfahren ist für die generative Fertigung von Kunststoffbauteilen bekannt: Das Fraunhofer- Ifam erweitert die Werkstoffpalette auf metallische Bauteile. Auch stehen Anlagen für dreidimensionalen Siebdruck von Bauteilen zur Verfügung, darunter den Angaben zufolge die weltweit modernste im F&E-Bereich. Dreidimensionaler Schablonendruck ergänzt das Portfolio. www.fraunhofer.de 02/2019 medizin&technik 57 www.first-sensor.com
