Inhärente, silikonbasierte Sensorelemente für aktiv-verformbare, hydraulisch-aktuierte Medizinprodukte, Akva-Med(Sense)

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Lena Zentner
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241357279

Ziel des Fortsetzungsantrags ist die grundlegende Erforschung nachgiebiger Sensorelemente aus leitfähigem Silikon in Bezug auf medizintechnische Instrumentarien. Grundlage dafür bilden die Vorarbeiten zur Integration einer nachgiebigen Aktorik in die medizintechnischen Instrumentarien am Beispiel eines Elektrodenträgers (ET) für Cochlea Implantate (CI). Für eine Rückkopplung über Verformungszustände und/oder Interaktionskräfte mit dem umliegenden Gewebe soll in diesem Folgeprojekt die folgerichtige Ergänzung der Aktorik um eine inhärente, ebenfalls nachgiebige Sensorik (mittels stofflicher und funktioneller Kohärenz) erfolgen.Um die Vorteile nachgiebiger Instrumentarien trotz der Integration von Sensoren zu erhalten, werden ausschließlich nachgiebige Sensorelemente aus leitfähigem Silikon verwendet. Dieser Werkstoff ist einerseits ebenso flexibel wie der Grundwerkstoff der Instrumentarien bzw. der bereits entwickelten Aktuatorik und andererseits elektrisch leitend, so dass er seinen elektrischen Widerstand abhängig von der Materialdehnung ändert.Innerhalb des Fortsetzungsprojektes sollen die Möglichkeiten und Grenzen der nachgiebigen Sensorik erforscht werden. Dabei stehen die Identifikation relevanter Designparameter, die bei der Auslegung sensorischer Bereiche berücksichtigt werden müssen, sowie die Entwicklung eines analytischen-modellbasierten Synthese-Verfahrens für inhärente Sensorik im Fokus. Darin eingeschlossen sind auch die Etablierung notwendiger Verfahren zur Formgebung, Strukturierung und Kontaktierung der Sensorelemente. Durch die Skalierung der Instrumentarien, verkörpert als nachgiebige stabförmige fluidmechanische Aktuatoren (FMA), im Rahmen der Modellbildung, werden verschieden große Instrumentarien erfasst. Damit sollen die Grenzen der Miniaturisierung ausgelotet werden. Als ein Beispiel für einen sensorisierten FMA wird der Elektrodenträger eines CI-Systems betrachtet, da hier besonders anspruchsvolle Anforderungen an die Miniaturisierung und das schonende Vorgehen bei der Insertion gelten. Um die Wechselwirkungen und Gesetzmäßigkeiten von Kontaktkräften zwischen Implantat und umliegenden Gewebe sowie den internen durch die Sensorik zu erfassenden Verformungen zu erschließen, werden die numerischen Elektrodenträger-Modelle mit den experimentellen Untersuchungen wechselseitig verifiziert und in einem iterativen Prozess weiterentwickelt. Für die notwendigen, realitätsnahen Modelle sollen physiologische Kennwerte der Cochlea experimentell bestimmt und die morphologische Formvielfalt der menschlichen Cochlea über eine Kategorisierung erfasst werden. Die Arbeiten münden im Aufbau von Funktionsdemonstratoren eines aktuierbaren CI-Elektrodenträgers mit inhärenter Sensorik. Die im Projekt erarbeiteten Grundlagen werden darüber hinaus eine Basis für sensorisierte, fluidisch aktuierte nachgiebige Endoskope und Katheder und somit für weitere chirurgische Anwendungen bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen