Projektbeispiele aus dem Bereich Medizintechnik

Durch den Einsatz von nachgiebigen Materialien in der Soft-Robotik entstehen flexible Systeme, die ein hohes Maß an inhärenter Sicherheit für die Mensch-Maschine-Interaktion aufweisen. Soft-Robotern fehlt dadurch oft die für die Ausübung vieler Tätigkeiten nötige Steifigkeit. Im Rahmen des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmable Materials werden Strukturen mit adaptiver, also schaltbarer Steifigkeit entwickelt. Dafür wird ein Programmierbares Material designt, das eine wiederholbare und ortsaufgelöst dynamisch schaltbare Steifigkeit inkl. einer Positionsfixierung ermöglicht und als schaltbares Gelenk zur Segmentkopplung u. a. für menschennahe Roboter dienen kann.

Für die Verbesserung des Gesundheitszustandes idiopathischer Skoliosen fehlen insbesondere solche Therapiesysteme und Therapiemöglichkeiten, die zu Hause ohne großen Aufwand und ohne therapeutische Betreuung möglich sind. Im Projekt iScoolio wurde ein neuartiges Therapiesystem zur Individualisierung und Verganzheitlichung der Skoliose-Therapie entwickelt.

Bis zu 80 % aller Kinder in Deutschland haben eine Haltungsschwäche, die sich im Laufe der Pubertät zu einer Skoliose entwickeln kann und deren aufwändige und teils schmerzhafte Therapie die betroffenen Kinder und Jugendlichen stark belastet. In einem interdisziplinären Vorhaben ist ein neuartiges multifunktionales therapeutisch-diagnostisches System entstanden, das vor allem bei junge Patienten die Skoliosebehandlung nach der FED-Methode unterstützt.

Die Potenziale der elektromagnetischen Umformung (EMU) für die Formgebung komplexer Bauteile und die Umsetzung von Leichtbaukonzepten werden noch immer nicht ausgeschöpft, u.a. da es bisher kaum möglich war, einen Fertigungsprozess inklusive der notwendigen langlebigen Werkzeugspulen einfach und effizient zu gestalten. Zudem können aufgrund der sehr hohen Umformgeschwindigkeit kaum verlässliche Aussagen über die Prozessbedingungen gemacht werden. Das geplante Projekt kombiniert Entwicklungen auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI), der numerischen Modellierung und der Prozesstechnik, um die Untersuchung eines intelligenten EMU-Prozesses zu ermöglichen.

Ein Trauma im Sprunggelenk mit Überdehnung oder Riss der Außenbänder ist in Deutschland die häufigste Sportverletzung mit steigender Tendenz. Bei einer Behandlung mit Bandagen oder Orthesen kommt es durch Fehleinschätzungen der Betroffenen hinsichtlich ihrer Belastbarkeit häufig zu erneuten Verletzungen. Was fehlt, ist ein System, das Patientinnen und Patienten vor eine Überbelastung warnt. Im Projekt SensO-FeeT wird deshalb eine smarte Sprunggelenk-Orthese für den Rehabilitationszeitraum entwickelt.

Fingerorthesen kommen meist zur Ruhigstellung einzelner Finger zum Einsatz und sollten für eine bestmögliche Wirkung für die Patientin oder den Patienten maßgefertigt sein. Mit WEAM (Wire Encapsulation Additive Manufacturing) lassen sich Orthesen zunächst in 2D drucken und für die individuelle Fingergröße vordimensionieren; dank »eingedruckter« Drähte können sie anschließend optimal an die Anatomie des Fingers angepasst werden.

Das Zentrum zur Erforschung der Stütz- und Bewegungsorgane (ZESBO) ist ein gemeinsames Forschungslabor der Abteilung Medizintechnik des Fraunhofer IWU und der Universität Leipzig, Klinik und Poliklinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Plastische Chirurgie. Das Fraunhofer IWU forscht im ZESBO an Implantaten für den Bewegungsapparat und bleibt doch bei seiner Kernkompetenz Produktionstechnik. Denn auch bei medizinischen Implantaten hängen Herstellbarkeit, Qualität und Produktionskosten wesentlich von innovativen und hocheffizienten Fertigungsprozessen ab.

Wenn Hersteller, Krankenhäuser, Ärzte und Recyclingunternehmen an einem Strang ziehen, können Stoffkreisläufe geschlossen und Rezyklate nachhaltig eingesetzt werden – ohne in Krankenhäusern und Arztpraxen eine zusätzliche Arbeitsbelastung zu verursachen. Ein innovativer Ansatz zum Recycling von medizinischen Einwegprodukten kann helfen, in der Medizintechnik verwendete Rohstoffe in den Werkstoffkreislauf zurückzuführen – auch bei Recyklaten, die nicht mehr für Medizinprodukte verwendbar sind. Wir denken dabei an einen Behälter für die Aufbereitung von Abwasser aus Dusche, Badewanne und Waschbecken in Privathaushalten.

Ziel unseres Projekts ist es, mittelfristig eine Strategie für die Verwertung von Abfällen aus dem Bereich Medizintechnik zu entwickeln und diese in die Wirtschaft zu überführen. Im Fokus stehen vor allem Abfälle von Kliniken oder Arztpraxen. Dazu müssen Kernfragen zur Zusammensetzung des Abfalls, zu Akteuren innerhalb der Prozesskette, Regularien, Materialströmen und Verarbeitung von Rezyklaten beantwortet werden.

Roboter dringen immer stärker in neue Bereiche, wie z. B. die Medizintechnik, vor. Ein Großteil der eingesetzten Robotik ist jedoch noch aus starren Gliedern und definierten Gelenken aufgebaut, was ihre Einsatzfähigkeit insbesondere bei sehr komplexen und menschennahen Aufgaben limitiert. Die Kontinuumsrobotik in Kombination mit innovativen Strukturkonzepten, gezielt eingesetzter Sensorik und neu gedachten Bewegungsmechanismen zeigt hier interessante Lösungswege auf.