Nuovo tipo di trapano vince l'«International Bionic Award 2014»

Forare come le tarme del legno – ispirandosi alle tarme del legno: un nuovo tipo di trapano dovrebbe aiutare i chirurghi a impiantare le protesi d'anca. (Fonte: Fraunhofer IPA)

Ispirato alle vespe di legno: un nuovo trapano dovrebbe aiutare i chirurghi a impiantare le protesi d'anca. Al International Bionic Award 2014 ha ricevuto il secondo premio.

Ogni anno in Germania circa 200.000 pazienti ricevono un'articolazione artificiale dell'anca. Durante l'operazione complessa, l'ortopedico fora un grande foro con sezione trasversale rettangolare nell'osso della coscia. Deve procedere con estrema precisione affinché l'impianto si adatti saldamente e non si formino cavità vuote. Infatti, una riempitura con cemento ridurrebbe la durata della protesi. Tuttavia, i chirurghi lavorano ancora in gran parte manualmente con vari raspe.

Un team guidato dal biotecnologo Oliver Schwarz dell'Istituto Fraunhofer di Stoccarda per la tecnologia di produzione e automazione IPA ha sviluppato ora uno strumento pneumatico che potrebbe semplificare notevolmente il lavoro e aumentare la precisione. Poiché il trapano si ispira alla natura, il ricercatore lo ha presentato al »International Bionic Award«, dove ha ricevuto il secondo premio. Questo premio di bionica, istituito nel 2008 dal VDI e dalla Fondazione Schauenburg, viene assegnato ogni due anni ed è dotato di 10.000 euro. La cerimonia di quest'anno si è svolta il 24 ottobre a Brema.

Il nuovo trapano può forare fori con sezione trasversale quadrata, poiché funziona secondo un principio insolito. Schwarz si è ispirato agli insetti con ali membranose e, insieme al suo team, ha trasferito il principio nella tecnologia. Molte specie di vespe di legno e di vespe parassite forano fori fino a 6 centimetri di profondità nel legno per deporre le uova. Poiché non possono ruotare, raschiano i vuoti nel tronco in modo estremamente ingegnoso. Il loro pungiglione di deposizione è costituito da tre raspe separate, che possono muoversi indipendentemente l'una dall'altra. Una sorta di guida assicura che le parti rimangano insieme. Durante la perforazione, il trio di raspe si muove in un gioco di scambio ingegnoso avanti e indietro, mangiandosi il legno da solo. I tecnici parlano del principio di oscillazione pendolare. Mentre una parte si muove, l'altra si aggancia nel foro e garantisce la presa necessaria. In questo modo, l'animale non deve premere il pungiglione sottile, come invece è necessario con un trapano tradizionale.

Utilizzabile anche nello spazio o sott'acqua

Questa tecnica di perforazione offre vantaggi significativi rispetto al metodo tradizionale, non solo per i chirurghi. Soprattutto, non è limitata a fori rotondi. Poiché nulla ruota, è possibile creare anche fori con sezione trasversale triangolare o poligonale. In questi, una vite si manterrebbe molto meglio, perché non può girare. Inoltre, è difficile esercitare una forte forza di spinta su un trapano a oscillazione pendolare. Potrebbe essere utilizzato anche nello spazio o sott'acqua, dove è difficile esercitare una grande forza contraria. Per materiali porosi come l'osso, si è dimostrato particolarmente adatto, come hanno mostrato i primi test. Il trapano per l'osso destinato alle operazioni di sostituzione dell'anca dovrebbe pesare circa 1,5 chilogrammi e essere comodo da impugnare. I progettisti si sono coordinati appositamente con i medici per trovare un design ottimale. La testa raspa multicomponente può essere sostituita facilmente con una semplice manovra e sostituita con un'altra. Per sterilizzare l'apparecchio, può essere smontato senza problemi. Quando troverà un'azienda interessata, il team di Stoccarda realizzerà un prototipo. Per applicazioni di perforazione non mediche, è già in fase di sviluppo per un'azienda di rilievo.