Special Medizintechnik

Der Kreativ-Aktor

Roboter führt Kapsel durch den Körper
Der Roboter ist kompakt aufgebaut. Die Stromversorgung ist kabelgebunden, um auch längere Testreihen zu ermöglichen. Die Kamerakapsel befindet sich in der Plastiktüte, die umgebendes Gewebe simuliert. (Foto: Mitsubishi)
Moderne Industrieroboter sind nicht auf bestimmte Anwendungen festgelegt – im Gegenteil: Die große Bandbreite ihrer Bewegungsmöglichkeit schafft viele Einsatzmöglichkeiten. Zum Beispiel auch bei der Krebsfrüherkennung, bei der ein Roboter eine Kamerakapsel durch den Körper navigiert.

Krebsfrüherkennung im Verdauungstrakt ist wichtig, um gezielt die im frühen Stadium meist noch harmlosen Veränderungen der Magen-Darm-Wand zu entfernen. Stand der Untersuchungs-Technik sind relativ unflexible Endoskope, die in den Körper eingeführt werden. Diese Art der Früherkennung ist suboptimal, weil sie für den Patienten belastend ist. Aus Angst vor der Untersuchung nimmt ein Großteil der Bevölkerung dieses kostenlose Angebot nicht wahr und riskiert damit, dass gutartige Krebsvorstufen unentdeckt bleiben und sich zu bösartigen Tumoren entwickeln. Das EU-Forschungsprojekt Vector setzt daher auf moderne Technik: Eine steuerbare Kapsel mit Kamera und Funkübertragung der Bilder in Echtzeit soll das Endoskop ersetzen. Um die magnetische Kapsel sicher vom Arzt an bestimmte Orte zu führen, setzen die Entwickler einen Industrieroboter mit starkem Permanentmagneten ein. So können auch größere Hohlorgane komplett gescannt werden. Der flexible Roboter bietet dabei die gerade für die Grundlagen-Forschung wichtigen Freiheitsgrade, um alle denkbaren Bewegungsprofile austesten zu können.

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Eine relativ kleine Kamerakapsel, die geschluckt wird, gibt es bereits. Das Problem dieser Lösung ist allerdings die passive Bewegung der Kapsel und die fest eingestellte Zeit zwischen den Aufnahmen. Je nach Transportbewegung und Aufnahmezyklus können so nicht alle relevanten Bereiche aufgenommen werden. Für eine gezielte Fortbewegung griffen die Forscher auf bestehende Automatisierungstechnik zurück: Industrieroboter von Mitsubishi Electric übernehmen dabei die Kapselnavigation.

Bisherige Kamerakapseln lieferten nur Aufnahmen aus dem Bereich des Dünndarms. Das neue Verfahren soll auch größere Hohlräume in Magen und Dickdarm komplett erfassen. In späteren Ausbaustufen sollen die Kapseln neben dem Screening (Suche nach verdächtigen Stellen) auch Diagnose (Bewerten von verdächtigen Stellen über Gewebeproben) und Therapie (Behandlung der gefundenen Stellen) übernehmen. Dazu ist es erforderlich, die Position der Kapsel und damit den Kamerablick- und Werkzeugwinkel, etwa für Gewebeentnahmen, gezielt zu verändern. Die Lösungsidee: ein Antrieb durch eine magnetische Hülle in Verbindung mit einem starken externen Permanentmagneten.

Der im Tübinger Forschungslabor eingesetzte Roboterarm wiegt mit rund 100 Kilogramm vergleichsweise wenig, ein selbst entwickelter Unterbau mit der Energieversorgung gibt genügend Standfestigkeit auch im Praxistest. Alle Komponenten lassen sich schnell zerlegen und auf Paletten transportieren. Die Grundeigenschaften des Roboters der RV-Serie sind innen verlegte Kabel und Schläuche, minimale Wartung durch Verwendung bürstenloser AC-Servomotoren und Harmonic-Drive-Getrieben sowie die kompakte Steuerung. Die Positionserkennung über Absolutwert-Encoder stellt sicher, dass die exakte Position des Roboterarms bekannt ist, auch nach Aus- und Wiedereinschaltung der Spannung. Zudem ermöglichen bis zu 256 unabhängig speicherbare Programme für jeden Roboter eine große Bandbreite an Ablaufversionen, auf die zurückgegriffen werden kann. Die Aktoren und Steuerungen aus dem Programm des Roboterspezialisten berücksichtigen diese Anforderungen, indem sie schon im Grundkonzept auf vielfältigen Einsatz ausgelegt sind. So lassen sich dynamische Bewegungen mit lastabhängiger Beschleunigungsoptimierung umsetzen. Eine achsabhängige Momentenüberwachung, eine sensorlose Crash-Erkennung und Schutzart IP65 ergänzen die Eigenschaften. Der individuellen Anpassung dient die einfache Programmiermöglichkeit der Steuerung ebenso wie die große Zahl an Achsen, die die Steuerung beherrscht. pb

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