Interaktiv - Das Kundenmagazin des Fraunhofer IPA 3.2018 | Page 28

28 FuE interaktiv 3|2018 Natur hilft interaktiv 3|2018 Technik FuE Hydraulik-Antrieb für den OP-Roboter der Zukunft »Eines der großen Ziele der Forschung ist es, Technologien für minimalinvasive Eingriffe zu entwickeln, mit denen sich Tumore so ge nau und effizient behandeln lassen, dass kein gesundes Ge webe zerstört wird«, erklärt Johannes Horsch von der Projek - gruppe Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB des Fraunhofer IPA. Zusammen mit seinem Team arbei- tet der Ingenieur an Robotern, mit deren Hilfe ein Operateur Fraunhofer hat mit BIOTRAIN die erste breit angelegte Voruntersuchung zur Biologischen eine feine Sonde exakt positionieren, eine Probe nehmen oder Transformation der industriellen Wertschöpfung vorgelegt. das Tumorgewebe thermisch behandeln kann. Eine solche Sonde genau an die gewünschte Stelle zu bringen, Die digitale Transformation der Produktion ist unter dem Schlag - Die Autoren der Voruntersuchung fassen den Begriff der Bio - erfordert handwerkliches Geschick und viel Erfahrung: Wenn 3D-gedrucktes Robotergelenk der Arzt mit einer Nadel die winzige Sonde einführt, muss er mit integriertem Balg-Aktor wort Industrie 4.0 bereits weit fortgeschritten. Das biologische logischen Transformation weit. Dazu gehören Mensch-Maschinen- sich mit Hilfe von Bildern orientieren, die die Position auf dem Pendant steht dagegen noch ganz am Anfang. Doch wer nach - Schnittstellen und der Einsatz von Exoskeletten in der Fabrik. Bildschirm anzeigen. »Bisher werden zur Bildgebung meist haltig produzieren will, kommt nicht um das Vorbild der Natur Auch die Bionik, also die Inspiration durch natürliche Phäno - röntgenbasierte Methoden eingesetzt. Diese haben jedoch den tion von zwei hydraulischen Aktoren soll der Roboterarm in herum. Denn bei ihr gibt es keine Abfälle, jeder tote Organis - mene, ist Teil der grünen Transformation, etwa der Nach bau Nachteil, dass sie Weichgewebe, zum Beispiel Organe, nicht zwei Raumrichtungen genau gesteuert werden können. Dank weise eine Nadelsonde führt, zu bewegen. Durch Kombi na - mus ist ein Baustein für neues Leben. Aber wie lässt sich diese des Lotuseffekts oder ein Robotergreifarm, der einem Elefanten - sehr gut darstellen. Außerdem führen sie sowohl beim Arzt eines Kraftrückkoppelungsmechanismus spürt der Chirurg, Blaupause in die industrielle Wertschöpfung integrieren? Dieser rüssel nachempfunden ist. Daneben können klug designte als auch beim Patienten zu einer erhöhten Belastung durch der den Roboterarm bewegt, wenn die Sonde auf einen Frage sind mehrere Fraunhofer-Institute in einer umfangreichen Mikroorganismen vielfältige Aufgaben übernehmen, die bis- Röntgenstrahlung«, erklärt Horsch. »Mehr Zukunfts potenzial Widerstand trifft. Voruntersuchung nachgegangen, die durch das Bundes mini - lang nur mit aufwendigen chemischen Prozessen zu lösen hat daher die Magnetresonanztomographie, kurz MRT.« ste rium für Bildung und Forschung gefördert wurde. Dabei waren, etwa Metalle aus Mahlgut extrahieren oder Bio kunst - geht es um ein breites Spektrum an Themen: Welche biologi- stoff aus Abgasen gewinnen. »Ziel der Biologischen Trans for - schen Ansätze sind sinnvoll? Wo gibt es Forschungsbedarf, wo mation ist letztlich das ›biointelligente System‹, das regenera- zu einem Leber-, Lungen- oder Darmtumor führen wollen, resümiert Horsch. Durch die Hydraulik lassen sich große Kräfte sind Widerstände zu überwinden? Wie wird die neue Produk - tiv, kostengünstig und hochflexibel arbeitet«, informiert schnell an Grenzen: Die Röhre, in welcher der Patient oder die in einem kleinen Bauraum erzeugen. Damit sind die Platz - einer der Autoren, der IPA-Bionikexperte Dr. Oliver Schwarz. Patientin liegt, lässt dem Operateur kaum Bewegungsfreiheit. pro bleme innerhalb der MRT-Röhre gelöst. Man brauche zwar Um das zu erreichen, müssen Wissenschaftler zahlreiche Vor - Um dieses Problem zu lösen, arbeiten verschiedene Forscher - immer noch einen Motor, der den Druck in den Leitungen tionsweise die Gesellschaft verändern? »Die eigentliche Innovation besteht darin, dass die Aktoren Noch stoßen Mediziner, die mit Hilfe von MRT-Bildern eine Sonde keine Teile enthalten, welche die MRT-Aufnahmen stören«, Dass die Biologie für die Industrie immer wichtiger wird, darin haben an packen. Sonst könnte Deutschland im internationa- teams auf der ganzen Welt an Robotern, die beim Einführen erzeuge, doch dieser lasse sich gut abgeschirmt in einem sind sich die Experten einig. Bei einer Umfrage im Rahmen der len Ver gleich ins Hintertreffen geraten. »Wir haben etwa 200 der Nadel helfen sollen. »Das größte Problem ist die Antriebs - Neben raum unterbringen. Untersuchungen an der Universi - Voruntersuchung äußerten sich die meisten der über hundert For schungs themen und 150 Gestaltungsthemen identifiziert«, technik«, berichtet Horsch. »Die Motoren, wir sprechen von tätsklinik Mannheim haben jetzt gezeigt, dass die neue An - Fachleute davon überzeugt, dass die Verbreitung biotechnischer sagt Dr. Robert Miehe, einer der Koordinatoren der Vor unter - Aktoren, sollten keine ferromagnetischen oder elektrisch leit- triebstechnik die Erwartungen erfüllt. »Damit wurde die Systeme in der industriellen Wertschöpfung stark zunehmen such ung. Zu den Gestaltungsplänen gehören etwa die Inte gra - fähigen Materialien enthalten, da diese die MRT-Bildgebung Grundlage geschaffen für die Entwicklung eines praxistaug- werde. Allerdings gibt es erhebliche Hemmnisse. Vor allem tion der grünen Technologie in Bildungspläne oder die Ein - stören können. Klassische Elektromotoren scheiden daher aus.« lichen, robotergestützten Positionierungssystems für Inter ven - mangelt es in Deutschland am Kapital- und Ressourcen zugang. richtung von Plattformen für den gesellschaftlichen Dialog. Auch pneumatische Zylinder, die sich nur schwer steuern lassen, tionen im MRT«, so Horsch. In einem Folgeprojekt will er seien nicht geeignet. gemeinsam mit seinem Team die Biege-Aktoren in einen n Während in den USA für Bio-Startups Milliarden an Risikokapital zur Verfügung stehen, müssen deutsche Unternehmen um jeden Weitere Informationen Euro feilschen. Wie die biologische Transformation konkret https://www.ipa.fraunhofer.de/de/ueber_uns/Leitthemen/bioin aussehen könnte, zeigen die Pharma- und die Chemie branche, telligente-Wertschoepfung.html die als Vorreiter gelten. Zum Beispiel wird Vitamin B2 inzwi- Roboter einbauen, der ebenfalls mit 3D-Drucktechnik gefer- Die Lösung der IPA-Ingenieure: ein hydraulischer Roboter-An - tigt werden soll. Dies wollen die Wissenschaftler und Ingen - trieb. Herzstück dieses Aktors sind mit 3D-Drucktechnik gefer- ieure in einer präklinischen Studie an Nachbildungen von tigte Kunststoff-Bälge. Diese sehen aus wie eine kleine Zieh - menschlichen Organen und Geweben testen. n schen in einem einstufigen Fermentationsprozess hergestellt, Kontakt harmonika, die mit einer dünnen, mit Flüssigkeit gefüllten anstatt wie früher mit einer achtstufigen Synthese. Dr. Robert Miehe Leitung verbunden ist. Wird die Flüssigkeit unter Druck gesetzt, Kontakt Telefon [phone] dehnt sich die Ziehharmonika aus oder biegt sich. Diese Bie - Johannes Horsch [email protected] gung lässt sich nutzen, um einen Roboterarm, der beispiels- Telefon [phone] | [email protected] 29