Roboter - die dritte Hand am OP-Tisch?

Bewegungssimulationen an der Experimentellen Orthopädie Innsbruck

Innsbruck, 28.09.2010: Seit einem Monat hat die Experimentelle Orthopädie der Medizinischen Universität Innsbruck einen neuen ‚Mitarbeiter‘ namens ‚BioRob‘. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wird überprüft, wie so genannte Service-Roboter auch medizinisch angewendet werden können. Aufgrund der direkten physikalischen Interaktion mit dem Menschen sind besondere Sicherheitsvorkehrungen seitens der Hard- und Softwareseite notwendig. Daran und an der Verbesserung der Antriebs- und Regelungstechnik arbeitet das Team um Leiter Prof. Dr. Michael Nogler. In der Zukunft soll die neue Roboter-Generation dann beispielsweise konkrete Assistenzdienste bei Operationen übernehmen.

Ein Team der Experimentellen Orthopädie an der Medizinischen Universität Innsbruck arbeitet derzeit an der Verbesserung von Funktionen von Service-Robotern. „Das ist eine neue Generation von Robotern. Service-Roboter stehen in direkter Interaktion mit Menschen. Im Gegensatz dazu arbeiten beispielsweise die klassischen Industrie-Roboter aus Sicherheitsgründen selbstständig nur in einer vom Menschen abgeschotteten Umgebung“, erklärt Dr. Sebastian Klug, Biologe mit Schwerpunkt Robotik und Mitarbeiter an der Experimentellen Orthopädie. Die direkte Interaktion zwischen Mensch und Service-Roboter besteht bei den geplanten Anwendungen einerseits darin, dass der/die Arzt/Ärztin dem Roboter die gewünschte Bewegung oder Halteposition selbst "zeigen" kann. „Man muss den Roboter angreifen und ihn einfach in die neue Position schieben, ohne dass man ihn erst umständlich über die Tastatur programmiert.“ Damit orientiert man sich bei BioRob an biologischen Vorbildern. Dieser so genannte ‚bionische‘ Ansatz ermöglicht viele neue Regelungsansätze zur Vereinfachung der Zusammenarbeit mit dem Menschen. „Je präziser ein Roboter dann arbeiten soll, desto genauer muss die Bewegungsdynamik berücksichtigt und nachgeahmt werden“, erklärt Klug. Parameter dafür sind beispielsweise die während einer Bewegung erzeugten Zentrifugalkräfte oder die Veränderungen in der Lastverteilung.

Vorteile für Operateur/in und Patient/in

Eine weitere Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch soll im medizinischen Bereich stattfinden: Nach Abschluss der Experimentierphasen sollen die Roboter sprichwörtlich als dritte Hand am medizinischen Arbeitsplatz fungieren. „Wir können uns verschiedene medizinische Anwendungen vorstellen“, erklärt Abteilungsleiter Prof. Dr. Michael Nogler. So soll die Verwendung der Service-Roboter Qualitätsverbesserungen sowohl bei der Präzision wie auch bei passiven Aufgaben wie dem Aufhalten einer Wunde bringen. „Hält der Roboter das Gewebe während der OP zurück, bleibt der Öffnungsgrad konstant und ist keinen Belastungsschwankungen unterworfen. Dies verringert die Gewebebelastung und fördert das konzentrierte Arbeiten des/der Operateurs/-in“, führt Prof. Nogler aus. Ein weiterer möglicher medizinischer Anwendungsbereich sind die so genannten "Hands-on"-Anwendungen. Hierbei ist das OP-Instrument (Fräse oder Säge) am Roboter befestigt, und der/die Arzt/Ärztin kann dieses Instrument im vorgegebenen Arbeitsbereich frei bewegen. Erst wenn er/sie an den Rand des erlaubten Arbeitsbereichs kommt, greift der Roboter ein: Er erzeugt ein virtuelle Barriere, indem er die Bewegung über den Rand nicht zulässt. „Der Zeitpunkt wann solche Roboter eingesetzt werden können, lässt sich derzeit noch schwer abschätzen und hängt vom Erfolg der Experimente ab“, erklären Projektleiter Nogler und Biologe Klug.

Für Rückfragen:

Universitätsklinik für Orthopädie. Abteilung für Experimentelle Orthopädie
Univ. Prof. Mag. Dr. Michael Nogler, MSc Michael.nogler@i-med.ac.at
Dr. Sebastian Klug Sebastian.klug@i-med.ac.at
T.: 0512 9003 71691

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Experimentelle Orthopädie, Medizinische Universität Innsbruck & Dr. Andreas Karguth (TETRA GmbH), Fotograf(Biorob_2): Johannes Riediger

Bildtext

Biorob_1: Bei der Konstruktion von Robotern orientiert man sich an biologischen Vorbildern.
Biorob_2: Man muss den Roboter angreifen und ihn einfach in die neue Position schieben, ohne dass man ihn erst programmiert.

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