Forschungscampus STIMULATE - Forschungsgruppe Robotik

Im Forschungscampus STIMULATE befasst sich die Forschungsgruppe Robotik unter der Leitung des Fraunhofer IFF mit applikationsübergreifenden Fragestellungen zum Einsatz von Robotern bzw. Robotik-Technologien für Anwendungen in der Medizin. Zu den Anwendungsszenarien zählt insbesondere die Elektrodenplatzierung für die Radiofrequenzablationen bei Wirbelsäulentumoren. Der Schwerpunkt des Projekts liegt in der Entwicklung eines Assistenzrobotersystems zur Verbesserung der Genauigkeit, der Ergonomie und der Strahlenhygiene während der Intervention. Um diese Ziele zu realisieren, werden entsprechend der klinischen Anforderungen neue Methoden und Technologien im Rahmen des Projekts entwickelt. Der Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer IFF liegt in der Entwicklung von intelligenten Grundfertigkeiten für den Assistenzroboter und deren Einbettung in eine übergeordnete Softwarearchitektur. Des Weiteren werden Konzepte zur intuitiven Mensch-Roboter-Interaktion und sicheren Mensch-Roboter-Kollaboration erarbeitet und umgesetzt. Im Gegensatz zu bestehenden stationären und telemanipulierten Assistenzsystemen wird dabei auf eine intuitive Bedienung des Roboters mittels Handführens gesetzt. Dies ermöglicht es dem Chirurgen, auf Basis einer neu entwickelten Echtzeit-Bewegungsplanung, Instrumente mit dem Roboter zielgenau und sicher zu platzieren. Des Weiteren wird der verwendete Leichtbauroboter mit einem optischen Trackingsystem ausgestattet, der es ermöglicht die Position und Bewegung des Patienten zu verfolgen. Dadurch kann zum einen die Patientenbewegung wie Atmung kompensiert und zum anderen die notwendige Bildgebung auf ein Minimum reduziert werden. Während des gesamten Prozesses wird die Bewegung des Roboters durch eine neuartige Sicherheitssoftware überwacht, die aktuell gemessene Sensordaten mit Erwartungswerten abgleicht, welche aus der medizinischen Bildgebung generiert werden.
Ein zweites Anwendungsszenario befasst sich mit der Erforschung eines Brain-Machine-Interfaces zur Steuerung eines Assistenzroboters zur Unterstützung von körperlich eingeschränkte Personen z.B. nach Schlaganfall. Im Projekt wird dazu ein nicht invasives Elektrodenarray verwendet, welches auf der Kopfhaut angebracht wird und eine komplikationsfreie und preiswerte Alternative zu invasiven Elektroden liefert. Nutzereingaben werden durch das Dekodieren von visuellen Stimuli unterschiedlicher Frequenzen in den gemessenen Hirnströmen ermöglicht. Mit Hilfe von Projektionstechnik werden diese Stimuli dynamisch erzeugt und ermöglichen eine räumliche Zuordnung zu physischen Objekten, wodurch eine intuitive und kontextsensitive Interaktion zwischen Mensch und Roboter geschaffen wird. Um die geringe Informationsdichte der nicht invasiven Schnittstelle zu kompensieren, wurde der Assistenzroboter mit entsprechenden Autonomiefunktionen ausgestattet, um den Patienten bestmöglich im Alltag zu unterstützen.
Im Rahmen des Projekts wird in enger Kooperation zwischen dem Fraunhofer IFF, der OvGU und dem LIN die relevanten Anwendungsszenarien entwickelt und für das Versuchsstadium integriert.