Roboter mit Bauchgefühl

Das Start-up NISI (HK) Limited entwickelt derzeit einen kleinen Operationsroboter, der über natürliche Körperöffnungen eingeführt wird und sich erst im Bauchinnern entfaltet. Die Ingenieur:innen belasten die Komponenten dafür bis an ihre Grenzen und darüber hinaus. 

Ein zukunftsweisender Roboter für die minimalinvasive Chirurgie

In der Welt der Medizintechnik sind derzeit viele erstaunliche Entwicklungen zu beobachten. Auch die Welt der Operationsroboter könnte bald auf den Kopf gestellt werden. Denn im Sommer 2018 verkündete das in Hongkong ansässige Start-up NISI, dass es eine Serie von gynäkologischen Operationen an lebenden Schweinen durchgeführt habe. Das klingt im ersten Moment nicht aussergewöhnlich. Ist es aber. Denn die Chirurg:innen verwendeten für diese Eingriffe einen kleinen Operationsroboter, den sie rektal eingeführt hatten. Eine medizinische Weltpremiere, so das Unternehmen. 

NISI ist 2012 gegründet worden und arbeitet unter anderem mit den Universitäten von Hongkong und Cambridge zusammen, um ein Robotiksystem zu entwickeln, das komplexe, minimalinvasive Eingriffe im Bauch- und Beckenbereich ermöglicht, ohne sichtbare Narben zu hinterlassen. «Wir wollen der weltweit führende Experte in nichtinvasiver Robotertechnologie werden», so Dr. Corinna Ockenfeld von NISI. Die erfolgreichen Eingriffe im Sommer 2018 haben das Medizintechnik-Start-up beflügelt. Bis 2021 möchte man erste Operationen an Menschen durchführen.

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Ein Hightech-Operationssystem

Die Idee hinter dem NISI-Chirurgiesystem sieht wie folgt aus: Der Operationsroboter wird über eine natürliche Körperöffnung eingeführt, meistens durch den After oder die Vagina. Auf diese Weise ist nur ein kleiner Schnitt im Innern des Körpers notwendig, um mehrere robotische Instrumente in den Bauchbereich einzuführen – wohingegen bei bisherigen Systemen mehrere Einschnitte benötigt werden, einer für jedes einzelne Instrument. Die Vorteile der neuen Technologie: weniger Blutverlust während der Operation, weniger Wundkomplikationen, kürzere Genesungszeit für die Patient:innen und keine sichtbaren Narben.

Der Roboter selbst verfügt über zwei kleine Arme, die sich im Innern des Körpers entfalten und von Chirurg:innen über eine Konsole gesteuert werden. Die zwei Roboterarme werden mit Mikromotoren von maxon angetrieben und verfügen über bis zu acht Freiheitsgrade. Das System ist zudem mit hochauflösenden 2D- und 3D-Kameras ausgestattet und liefert ein haptisches Feedback an die chirurgische Fachkraft, damit diese fühlt, was am anderen Ende passiert, und dadurch mit höchster Präzision arbeiten kann.

Die Qualität der Antriebskomponenten ist ein entscheidender Faktor

Um Operationsroboter auf ein neues technisches Niveau zu heben, bedarf es mehr als hervorragender Techniker:innen und Ingenieur:innen. Auch hochwertige Komponenten sind ein entscheidender Faktor. NISI testet deshalb verschiedene Konzepte und Kombinationen von Komponenten. «Wir haben vor, die technischen Grenzen der Medizin und Robotik zu verschieben», so Dr. Corinna Ockenfeld. Bezüglich der Motoren heisst das: kleinste Baugrösse bei höchster Leistungsdichte. «Wir arbeiten eng mit maxon zusammen, tauschen uns wöchentlich aus und schätzen die Unterstützung, die wir in den letzten Jahren erhalten haben. Die Zusammenarbeit ist sehr produktiv und für beide Seiten äusserst wertvoll.» 

In den Prototypen des Operationsroboters kommen bisher verschiedene bürstenlose DC-Motoren der EC-Baureihe zum Einsatz – mit Durchmessern von 4 bis 8 Millimetern – sowie passende Planetengetriebe. Beide Partner treiben die Präzisionsantriebe an ihre Limits und betreiben sie teilweise über den nominalen Vorgaben. Allerdings wurden die BLDC-Motoren auch an die speziellen Anforderungen der Anwendung angepasst. Sie erfordern eine hohe Leistungsdichte, müssen strengste Qualitätsstandards erfüllen, gegenüber Körperflüssigkeiten abgedichtet und künftig auch biokompatibel sein.

Nun geht es darum, das gesamte System weiter zu verkleinern, die Motoren noch dynamischer zu machen und den Arbeitsbereich des Roboters zu vergrössern. «Wir kümmern uns um jedes kleinste Detail und gehen die technischen Probleme mit innovativen Lösungsansätzen an», sagt Dr. Corinna Ockenfeld. NISI nähert sich Schritt für Schritt der Vision, dass nichtinvasive, operative Eingriffe ohne Narben eine Selbstverständlichkeit in der Medizin werden.