De zus van TNO

GEOPEREERD worden door een robot klinkt ongeveer als tussen de wielen komen. Toch kan het een oplossing zijn bij buitengewoon zware letsels waarbij alleen een speciale ingreep aan de wervelkolom de patiënt van zijn pijn kan verlossen. Heupoperaties worden al experimenteel met robots uitgevoerd, maar operaties aan de wervelkolom nog niet. Dan kan veranderen want een aantal Fraunhoferinstituten is bezig met de ontwikkeling van een operatierobot op dit gebied.

De Fraunhofer Gesellschaft, de jonge grote Duitse zuster van de Nederlandse organisatie voor toegepast natuurwetenschappelijk onderzoek TNO, bestond onlangs 50 jaar. In 47 instituten wordt uiteenlopend onderzoek gedaan, ook in opdracht van het Duitse midden- en kleinbedrijf. Omdat marktgericht onderzoek door deelstaten van economisch levensbelang wordt geacht, proberen ze zoveel mogelijk Fraunhoferinstituten binnen hun grenzen te krijgen, met soms versnippering tot gevolg.

Van marktgericht onderzoek is bij de operatierobot nog lang geen sprake. Bij een operatie aan de wervelkolom worden twee of meer wervellichamen door middel van twee stangen met schroeven in de wervelkolom met elkaar verbonden en op deze manier gestailiseerd. Wanneer de schroeven niet goed aangebracht worden, kunnen ze het ruggenmerg beschadigen en de patiënt een dwarslaesie bezorgen. Om de schroeven zo nauwkeurig mogelijk door de werveluitsteeksels te geleiden, controleren artsen hun werk meestal met röntgenfoto's die vanwege het stralingsgevaar slechts met een tussenpoos van enkele minuten kunnen worden gemaakt. Daardoor wordt 5 à 25 procent van deze schroeven verkeerd aangebracht en worden zenuwbanen, bloedvaten en in het ergste geval zelfs het ruggenmerg beschadigd. Om het plaatsen en indraaien van de schroeven te verbeteren, hebben de Fraunhoferinstituten voor productietechniek en automatisering in Stuttgart, voor biomedische techniek in St. Inglebert, voor grafische verwerking van gegevens in Darmstadt en voor productie- en constructietechniek in Berlijn de handen ineengeslagen. Samen ontwikkelen zij een operatierobot die aan een een ultrasoon navigatiesysteem gekoppeld is en de schroeven exact kan plaatsen en indraaien.

Het systeem werkt als volgt. Vóór de operatie worden met een Computer-Tomograaf dwarsbeelden van de desbetreffende wervels gemaakt en tot een driedimensionaal model samengevoegd, aan de hand waarvan de chirurg de operatie voorbereidt. Tijdens de ingreep levert het ultrasone navigatiesysteem 25 opnames per seconde over de stand van zaken. Deze worden aan de gegevens uit de voorbereidende fase gekoppeld, noodzakelijk omdat de wervelkolom tijdens de operatie bewegen kan. ``Zo weet de robot waar hij zich bevindt en waar hij de schroeven moet plaatsen'', zegt IPA-medewerker Dipl.-Ing. Jan Stallkamp. Niettemin houdt de chirurg het overzicht en kan hij op een bedienpaneel alle gegevens oproepen en op ieder moment ingrijpen. De arts stuurt, de robot opereert.

De robot bestaat uit een zesbenig platform dat zich in alle richtingen kan bewegen, de hexapod. Het probleem van het wisselen van instrumenten – zoals boren, frezen en dergelijke – tijdens de operatie is nog niet opgelost en wordt eveneens in het FhG-project uitgewerkt. Stallkamps collega Dipl.-Ing Andrea Hiller: ``De precisie-instrumenten zijn zelf reeds beschikbaar en wanneer de robot volgend voorjaar gereed is, moet hij eerst op anatomische modellen oefenen voordat hij de chirurg kan bijstaan.''

Geen toekomstmuziek is het door het Fraunhofer institut voor geïntegeerde schakelingen en toegepaste elektronica in Erlangen (IIS-A) ontwikkelde systeem waarmee Westerse muziekliefhebbers én Derde Wereld-burgers gebaat zijn. Deze MP3-methode, in 1992 door de Internationale Standaard Organisatie ISO als MPEG Layer 3 gestandaardiseerd, codeert alle audiodata waarbij data die voor het menselijk oor onbelangrijk of overtollig zijn, worden weggelaten. Daardoor worden geluidsignalen zonder kwaliteitsverlies tot eentwaalfde van de oorspronkelijke omvang samengevat en per telefoon of Internet overgebracht. Met een tweede decoder worden ze weer in geluidsignalen omgezet. In een geluiddichte kamer is het verschil met het oorspronkelijke signaal niet te horen.

Een derde Fraunhofer-uitvinding is een flinterdun elektronisch etiket dat wordt ontwikkeld op het Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlijn, Paderborn, Chemnitz, Oberpfaffenhofen en de in 1999 gestichte vestiging in München. De vijftig jaar oude streepjescode kan weinig meer gegevens bevatten en moet altijd in zichtcontact met een scanner zijn. Op meerdere plaatsen ter wereld werkt men daarom aan radiografische etiketten die de informatie uit hun grote en herprogrameerbare geheugen uitzenden wanneer ze van grote afstand worden aangestraald.

De grote problemen van deze radiofrequentie-etiketten zijn hun omvang en hun prijs. In München vertelt Dr.-Ing. Frank Ansorge, afdelingsleider Polytronische Systeme, dat zijn instituut door etsen, polijsten en slijpen een siliciumchip kan afschaven tot 10 à 15 micrometer. Deze chip wordt verbonden met een spoel en tussen twee lagen papier geplakt met geleidende kleefstoffen die zijn ontwikkeld door een bedrijf uit Hanau. Zo kan de chip worden verwerkt in papier van 80 micrometer dik en vervolgens bedrukt en gevouwen of opgerold. De eerste klanten zullen vliegtuigmaatschappijen en bezorgdiensten zijn die waardevolle artikelen vervoeren. British Airways heeft drie maanden lang elektronische kofferhangers beproefd tussen Londen en Frankfurt waardoor bagage sneller en met minder fouten werd uit- en overgeladen, aldus Ansorge. Mogelijke toepassingen zijn etiketten, passen in bijvoorbeeld bibliotheken en ziekenhuizen, oorimplantaten in huisdieren en vee maar ook smart cards met vloeistofscherm voor vrachtbrieven in auto's en containers die via satellieten en Global Positioning Systems met hun bases communiceren. Etiketten worden overigens niet alleen in papier maar ook in plastic of in containers verwerkt en kunnen temperatuur, druk, pH-waarde en vochtigheidsgraad meten en overseinen.