Simulierte Knie-Operation im Klassenzimmer

Der Abiturient entwickelte im Rahmen seines Robotikprojekts am Gymnasium in den Filder Benden (Moers, Nordrhein-Westfalen) einen chirurgischen Roboterarm, der selbstständig eine Kniegelenkersatzoperation durchführen kann. Dabei wird geschädigter Knorpel im Kniegelenk entfernt und durch ein Implantat ersetzt. Den per Onshape entworfenen Roboter druckte Sandhoop mit einem 3D-Drucker aus. Lediglich bei den Motoren griff er auf Modelle vom Markt zurück.

Der Roboterarm wird über ein grafisches User Interface durch einen digitalen Zwilling gesteuert. Um den Prozess weiter zu automatisieren, lässt sich der Bereich, der entfernt werden soll, im Kniemodell auswählen. Zu diesem Zweck hat der Schüler in Zusammenarbeit mit Chirurgen ein 3D-Modell eines anatomisch korrekten Kniegelenksknochens entworfen und zusätzlich – zur besseren Veranschaulichung der Operation – ein ganzes Bein mit den Knochen modelliert, das ebenfalls mit einem 3D-Drucker ausgedruckt wurde. Der Roboterarm kann selbstständig die vorab markierte Fläche des Knochens, die entfernt werden soll, herausbohren. Der Weg des Bohrers wird mithilfe eines selbstentwickelten Algorithmus berechnet. Sandhoop wählte das Projekt als fünftes Abiturfach, das zusätzlich zu den regulären Fächern in die Endnote eingeht. Für die Simulation der Operation erhielt er die Bestnote: 15 Punkte.

„Auch wenn das Projekt als Abiturfach zählt, habe ich alles selbstständig in meiner Freizeit gemacht, mit Unterstützung meines Mentors“, berichtet der Abiturient. „Manches war komplizierter, als ich mir das vorgestellt hatte, aber ich habe dadurch unglaublich viel über Mechatronik, Physik und auch Anatomie gelernt. Ich denke, was ich aus dem Projekt am meisten gelernt habe, sind Problemlösung und Durchhaltevermögen. Jetzt möchte ich gerne in Richtung ‚Scientific Programming‘ weitermachen.“

Bildquelle: Marc Lachmann