Steve Sandhoop wählte das Projekt als fünftes Abiturfach und erhielt für die Simulation der Operation die Bestnote: 15 Punkte. (Bild: PTC)
Der Abiturient Steve Sandhoop entwickelte im Rahmen seines Robotik-Projektes 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 OP-Roboter entwarf Sandhoop in der Cloud-nativen CAD-Software Onshape von PTC und hat ihn mit einem 3D-Drucker ausgedruckt. 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 zu entfernende Bereich im Knie-Modell 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 und ebenfalls mit einem 3D-Drucker ausgedruckt. Der Roboterarm kann selbstständig die vorab markierte Fläche des Knochens herausbohren. Den Weg des Bohrers berechnet ein selber entwickelter Algorithmus.
Für pädagogische Zwecke kostenfrei
Ein richtiger Pilot ist der Roboterarm nicht, weil er komplett selbstständig arbeitet. In der Medizin werden Operationen bisher lediglich Computer-unterstützt durchgeführt. Um einen OP-Roboter wie den von Sandhoop zur Serienreife zu bringen, sind Investitionen in Millionenhöhe erforderlich. Doch das Projekt zeigt die Leistungsfähigkeit moderner Software.
Dem Projekt waren rund zwei Jahre Entwicklungsarbeit vorausgegangen. Der Informatiklehrer Marc Lachmann führt am Gymnasium in den Filder Benden regelmäßig Projekte durch, um den Schülerinnen und Schülern Programmierfähigkeiten nahezubringen und sie bestmöglich auf die digitale Welt vorzubereiten. Er nutzt stets das professionelle 3D-CAD-System Onshape von PTC für die kreativen Projekte. Onshape ist laut PTC die erste und einzige vollständig integrierte Produktentwicklungsplattform, die neben Cloud-nativer CAD- und CAM-Funktionalität auch Produktdatenmanagement sowie eine direkt in die zentrale Design- und Konstruktionsumgebung eingebettete Simulation bietet.
Weil Onshape webbasierend läuft, braucht es nicht auf einem Rechner im Klassenzimmer installiert zu sein. Die Schülerinnen und Schüler können es jederzeit von überall nutzen, sei es in der Schule oder zuhause, vom Handy, Tablet oder Laptop. Zudem ist die Plattform für pädagogische Zwecke kostenfrei und damit ideal für die Zusammenarbeit im Rahmen von Projektteams oder Schulklassen.
