Ein Abiturient hat einen OP-Roboter entwickelt, der selbstständig Knie-Operationen durchführen kann. Ihm half eine intuitiv bedienbare CAD-Software, die viel öfter in Schulen eingesetzt werden sollte.
So geht Lernen fürs Leben: Steve Sandhoop hat für seine Abitur-Prüfung am Gymnasium in den Filder Benden Moers einen chirurgischen Roboterarm konstruiert und programmiert. Damit lassen sich, wenn auch nur als Simulation, selbstständig Kniegelenkersatzoperationen durchführen.

Gemeinsam mit seinem Mentor und Informatiklehrer Marc Lachmann realisierte Sandhoop das ungewöhnliche Robotik-Projekt, wobei ihn die CAD-Software Onshape von PTC tatkräftig unterstützte. Sein Glück: Das Gymnasium setzt diese Software wie auch die AR/VR-Lösungen Vuforia seit Jahren ein. Für pädagogische Zwecke stellt der US-Softwareanbieter die Lösungen kostenfrei zur Verfügung. Sandhoop nutzte diese professionellen Tools bereits seit der neunten Klasse im Informatik-Unterricht, was ihn bei der Wahl seines Projektes ziemlich selbstbewusst werden ließ. 

Doch auf was er sich mit seinem Roboter-Projekt vor knapp zwei Jahren einließ, war ihm nicht völlig klar: »Ich dachte, ich programmiere einfach die Steuerung von Komponenten und fertig.« Am Ende machte er fast alles selber: von dem anatomisch korrekten Design zahlreicher Knie-Modelle für den 3D-Drucker über Getriebe für die drehbaren Achsen des selbstentworfenen Roboterarms bis zur Steuerungssoftware.

Robotik-Projekt am Gymnasium:

Projekt: OP-Roboter für ferngesteuerte Knie-Operationen

Beschreibung: Abiturient hat einen Roboterarm konstruiert und programmiert, damit mit diesem ferngesteuert Knieoperationen durchgeführt werden können.

Schüler: Steve Sandhoop

Mentor: Informatiklehrer Marc Lachmann

Schule: Gymnasium in den Filder Benden Moers

Technologie: autonomer Roboterarm, CAD-Software Onshape von PTC, 3D-Drucker, AR/VR-Lösungen Vuforia von PTC

Was Schule kann (und soll!) 
Fachliche und technische Unterstützung ließen das kühne Projekt Wirklichkeit werden: Nun fräst ein feiner Bohrer präzise geschädigten Knorpel aus einem additiv produzierten Knie, um Platz für ein Implantat zu schaffen. Sandhoop hat dabei den von ihm generierten digitalen Zwilling des autonomen Roboterarms am Monitor im Blick, der mit einem Mausklick loslegt. Der Arm arbeitet komplett selbstständig. Das ist der entscheidende Unterschied. Denn in der Medizin gibt es bisher nur computerunterstützte Operationen.

Was so spielerisch einfach klingt, wurde nur durch hürdenreiches, agiles Arbeiten möglich: Als kompliziert gestaltete sich vor allem das Design des Getriebes für den Roboterarm: »Die Herausforderung bestand darin, präzise Bewegungen auf engstem Raum zu ermöglichen, wobei auch noch das relativ hohe Gewicht des Armes zu berücksichtigen war«, erklärt Sandhoop. Da dieser Getriebetyp teuer ist, hat der Abiturient selbst ein Zykloidgetriebe entworfen und mit einem 3D-Drucker gedruckt. Bei diesem Exzentergetriebe übertragen Kurvenscheiben Drehmomente wälzend. Effekt: Man kommt ohne Zahnräder aus und spart sich störende Scherkräfte. So arbeitet das nahezu spielfreie Getriebe auch bei kleinsten Bewegungen präzise – ideal für chirurgische Eingriffe... 

Quelle: Den kompletten Artikel finden Sie auf ⇒ konstruktionspraxis.vogel.de, Autor: Bernhard Eberl