Nový typ vrtáku získává „Mezinárodní bionický award 2014“

Vrtání jako dřevokazné vosy – podle nich: Nový typ vrtáku má pomoci chirurgům při zavádění kyčelních náhrad. (Zdroj: Fraunhofer IPA)

Podle vzoru dřevokazných vos: nový vrták má pomoci chirurgům při zavádění kyčelních náhrad. Na Mezinárodní bionické ocenění 2014 získal druhou cenu.

Každý rok dostane v Německu přibližně 200 000 pacientů umělé kyčelní kloub. Při složité operaci chirurg vyvrtá velký obdélníkový otvor do stehenní kosti. Musí postupovat velmi přesně, aby implantát pevně seděl a nevznikly žádné dutiny. Protože by vyplnění cementem zkrátilo životnost umělého kloubu, operatéři stále většinou pracují ručně s různými bruskami.

Skupina vědců kolem biotechnologa Olivera Schwarze z Fraunhoferova institutu pro výrobní technologie a automatizaci IPA ve Stuttgartu nyní vyvinula pneumaticky poháněný přístroj, který práci výrazně usnadní a zvýší přesnost. Protože vrták čerpá inspiraci z přírody, zařadil jej vědec do soutěže „Mezinárodní bionické ocenění“, kde získal 2. místo. Tato bionická cena, kterou v roce 2008 založily VDI a nadace Schauenburg, se uděluje každé dva roky a má hodnotu 10 000 eur. Letos se předávání konalo 24. října v Brémách.

Nový vrták dokáže vrtat otvory s obdélníkovým průřezem, protože pracuje podle neobvyklého principu. Schwarz se při tom inspiroval žahavci a spolu se svým týmem tento princip přenesl do techniky. Mnoho druhů dřevokazných a parazitických vos vrtá do dřeva otvory hluboké až 6 centimetrů, aby zde kladly svá vejce. Protože nemohou otáčet, vyvrtávají dutiny v kmenu velmi chytrým způsobem. Jejich kladoucí bod je složen ze tří oddělených brusek, které se mohou pohybovat nezávisle na sobě. Vodicí lišta zajišťuje, že se části udrží pohromadě. Při vrtání se trojice brusek pohybuje ve složitém střídavém pohybu tam a zpět a sama si tak postupně vyřezává dřevo. Technici tento princip nazývají kyvadlovým pohybem. Zatímco se jedna část pohybuje, druhá se zachytí v otvoru a tím zajišťuje potřebnou stabilitu. Tímto způsobem si živočich nemusí tlačit svůj jemný kladoucí bod, což je například u vrtačky nutné.

Vhodné i ve vesmíru nebo pod vodou

Tato vrtací technika má oproti tradiční metodě značné výhody, nejen pro chirurgy. Především není omezena na kruhové otvory. Protože nic neotáčí, lze vytvářet i otvory s troj- nebo vícehranným průřezem. V takových otvorech by lépe držel hmoždík, protože by se nemohl protočit. Navíc je třeba téměř žádného tlačení na kyvadlový vrták. Lze jej použít i ve vesmíru nebo pod vodou, kde je obtížné vyvinout velkou protiváhu. Pro porézní materiály, jako je kost, je zvlášť vhodný, což potvrdily první testy. Kostní vrták pro operace kyčelního kloubu by měl vážit asi 1,5 kilogramu a dobře padnout do ruky. Konstrukčníci se při vývoji konzultovali s lékaři, aby našli optimální design. Vícečástí sestavený bruskový hlava se dá snadno vyměnit jedním jednoduchým pohybem a nahradit jinou. Přístroj je možné snadno rozebrat, což umožňuje sterilizaci. Jakmile najde zájemná firma, tým ze Stuttgartu postaví prototyp. Pro ne lékařské vrtací použití je již dále vyvíjen pro renomovanou společnost.