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Kooperationen und Projekte sind wichtige Innovationstreiber.

Um stets am aktuellen „Puls der Robotik" zu sein, fördert KUKA einen engen Technologietransfer zwischen Wirtschaft und Wissenschaft. KUKA ist Partner bei vielen hochkarätigen Forschungsprojekten und Ansprechpartner für erstklassige Hochschulen bzw. Institute.

 

 
RWTH - Rehabilitation auf neurophysiologischer Basis
Rehabilitation auf neurophysiologischer Basis (Copyright by RWTH Aachen).


Rehabilitation – RWTH Aachen, Universitätsklinikum Aachen.

In Kooperation mit der RWTH Aachen sowie dem Universitätsklinikum Aachen erforscht KUKA in mehreren Bereichen neue Medizinrobotik-Anwendungen. Im Rahmen der Rehabilitation werden beispielsweise „mechatronische Physiotherapeuten“ auf Basis des KUKA Leichtbauroboters entwickelt, die extrem beweglich und belastbar Menschen bei Übungseinheiten unterstützen. Ohne Tagesschwankungen oder Ermüdungsanzeichen führen sie exakt die vorgegebenen Aufgaben durch.

Die Forderung nach häufigem, repetitivem Training legt dabei eine roboterbasierte Rehabilitation nahe. Roboter können die Bewegung des Patienten initiieren und dabei den aktuellen Zustand des Patienten, dessen Lern-/Therapieerfolg sowie seinen individuellen Therapieplan berücksichtigen. Ohne, dass zusätzliches therapeutisches Personal nötig wird. Dadurch wird dem Patienten die Möglichkeit gegeben, Übungen selbständig und in der benötigten Regelmäßigkeit durchzuführen.

 


 

Telemanipulierte und autonome robotergestützte Chirurgie - Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Die Herausforderung in der robotergestützten Chirurgie ist groß: Die Bandbreite geht von der passenden Sensorik zur Überwachung von Patient und Robotersystem bis zu dessen Einsatz in der telemanipulierten und autonomen robotergestützten Chirurgie. Mit der Forschungsplattform OP:Sense System werden bei der robotergestützten Chirurgie nun neue Konzepte und Methoden entwickelt, die aus drei wesentlichen Bestandteilen bestehen: Leichtbauroboter mit chirurgischen Instrumenten (Aktoren), haptische Schnittstellen zur Kontrolle der Roboter sowie ein Kontrollsystem zur Überwachung des Bilds in Echtzeit.

Beim Projekt des Karlsruher Instituts IPR kommen zwei KUKA Leichtbauroboter mit jeweils sieben Freiheitsgraden und integrierter Drehmomentsensorik zum Einsatz. Die Roboter können mit bis zu 1 kHz angesteuert werden. Ihre geringe Masse und die optimierten Motoren ermöglichen Bewegungen mit hoher Dynamik und guter Wiederholgenauigkeit. Für die beiden KUKA LBRs werden passende Regler entwickelt, die kartesische Bewegungen in den Gelenkraum umrechnen und entsprechend der maximalen Beschleunigung, Drehmomente und Winkelgeschwindigkeiten limitieren.

 
Laser-Osteotomie
Copyright by Karlsruher Institut für Technologie


Roboter-Assistenz - Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Roboter als Assistenten bei anspruchsvollen, chirurgischen Eingriffen werden Realität. Innerhalb eines vielfältigen Gesamtsystems, spielt der KUKA Leichtbauroboter bereits bei einer Vielzahl von Forschungsprojekten eine zentrale Rolle. Dank seines komplexen Sensorsystems und seiner Steuerung, die dem Benutzer eine Vielzahl von Tätigkeiten erlaubt, ist er insbesondere für komplizierte Eingriffe in der Chirurgie geeignet.


Das Karlsruher Institut für Technologie KIT forscht mit Robotern von KUKA, die beispielsweise bei der Laserosteotomie oder bei einer Palpation, also der Untersuchung durch Betasten, assistieren können. Ein großer Vorteil dieser Roboter ist die offene und modulare Systemarchitektur der Steuerung. Abhängig vom Eingriff, kann die Zahl der verwendeten Roboter variieren. Von zum Beispiel einem Arm beim robotergestützten Laserschneiden bis zu drei Armen im Falle eines minimal-invasiven Eingriffs. Hauptziel des Projektes ist es, ein innovatives und universelles Roboterassistenzsystem zu entwickeln, um Menschen bei anspruchsvollen Operationen zu unterstützen.

 
Anwendungen in der Neurochirurgie


Forschungsprojekt ACTIVE - Anwendungen in der Neurochirurgie

Gemeinsam mit dem Robotics Innovation Center "Neuroengineering and medical robotics Laboratory" des Politecnico di Milano und 14 weiteren hochkarätigen Partner aus sieben Ländern, entwickelt KUKA eine Multi-Roboter Plattform für den Einsatz in der Neurochirurgie. Leichte und bewegliche zweiarmige Roboter sollen künftig selbstständig oder in Kooperation mit dem OP-Personal komplexe chirurgische Eingriffe durchführen. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Entwicklung KI-basierter Methoden zur Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten des Systems. KUKA Roboter können also dank künstlicher Intelligenz „mit Verstand“ handeln. Insgesamt soll das Projekt die Qualität und Präzision chirurgischer Roboter verbessern.

Ein Einsatzgebiet ist beispielsweise das Treffen wahrscheinlicher Aussagen aufgrund der Auswertung von Daten aus der Sensorüberwachung des OP-Saals, um adäquat auf unerwartete und gefährliche Situationen während einer Operation reagieren zu können. Dies geschieht aufgrund KI-basierter Klassifikations- und Data Mining-Algorithmen, die bei Operationen die Zielregionen im Gehirn des Patienten exakt und zuverlässig eingrenzen.
Weitere Entwicklungsziele des ACTIVE-Projektes sind u. a. eine haptische Schnittstelle für Telemanipulation oder ein neuartiger Operationstisch, der den Kopf des Patienten fixieren und aktiv dessen Bewegungen kompensieren kann, zum Beispiel während eines spontanen Epilepsieanfalls.

 


Intraoperativ einsetzbares 3D-Röntgensystem für die Bildgebung im OP – Fraunhofer IPK, Charité und Ziehm imaging GmbH.

Um den Zugang zum Patienten während der intraoperativen Bildgebung zu verbessern wird, an Stelle eines den Patienten umschließenden Systems, die Röntgenquelle von dem Detektor getrennt. Der Detektor wird unterhalb des Patienten am Tisch montiert und die Röntgenquelle durch einen Roboterarm oberhalb des Patienten in frei definierbaren Bewegungsmustern verfahren. Durch einen angepassten Rekonstruktions-Algorithmus kann aus den so aufgenommenen Bildern ein dreidimensionales Volumen ermittelt werden. Der innovative Ansatz des Systems verspricht, den bestehenden Ablauf im OP weniger zu verändern und leichter in das OP-Umfeld integrierbar zu sein. Das Vorhaben gewann den Innovationspreis Medizintechnik 2010 und wird seit 2011 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

 


 

Forschungsprojekt Laser-Osteotomie - IMES Hannover.

Wo bislang unter Einsatz von Knochensägen oder -bohrern und mit manueller Kraft gearbeitet wurde, soll künftig eine berührungslose Knochenbearbeitung durch den Einsatz eines Lasers ermöglicht werden. Die Kooperation zwischen dem Institut für Mechatronische Systeme in Hannover und KUKA Roboter bringt mit der roboterassistierten Laserosteotomie wertvolle Vorteile für den Patienten. Dazu gehören eine genaue Schnittführung und eine beschleunigte Wundheilung. So wird bei der Laserosteotomie umliegendes Gewebe geschont und der infektiöse Metallabrieb von Instrumenten in der Wunde ausgeschlossen.

Ein Versuchsaufbau am imes Hannover demonstriert den Nutzen. In einer Simulation wird neben der Robotersteuerung und -regelung insbesondere der Materialabtrag durch den Laser erforscht. Der Versuchsaufbau soll weitestgehend flexibel gestaltet werden, um zu jeder Zeit eine Erweiterung des Systems auf andere Anwendungsgebiete zu ermöglichen. Zum Versuchsumfang gehören u. a. Er:YAG-Laser mit Strahlablenkoptik und ein KUKA-Leichtbauroboter (LBR).

 


Schnittstellen zur Anbindung eines Roboters in ein bildgestütztes Therapiesystem.

Die einfache Anbindung und Integration in ein bildgestütztes Therapiesystem, sind wesentliche Faktoren für den Erfolg ein Assistenzsystems in der roboterassistierten Chirurgie. Im Rahmen eines Kooperationsprojekts, erarbeitet das Institut für Mechatronische Systeme in Hannover zusammen mit KUKA Roboter ein solches Schnittstellenkonzept zur Anbindung eines KUKA Leichtbauroboters (LBR) an ein bildgestütztes Therapiesystem. Mit dieser praktischen Anwendung können die Ergebnisse umfangreicher Recherchen validiert werden. Dazu wird der KUKA LBR über eine generische Implementierung der Schnittstellen in die MediLAB-Umgebung des Medizintechniklabors des Institutes integriert.

 
 

 

 
 
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