Nieuwe soort boor wint »Internationale Bionische Prijs 2014«

Boren zoals de houtwespen – afgekeken van de houtwespen: Een nieuwe soort boor moet chirurgen helpen bij het plaatsen van heupprothesen. (Bron: Fraunhofer IPA)

Geïnspireerd door de houtwespen: Een nieuw soort boor moet chirurgen helpen bij het plaatsen van heupprotheses. Tijdens de International Bionic Award 2014 heeft hij de 2e prijs gewonnen.

Elk jaar krijgen ongeveer 200.000 patiënten in Duitsland een kunstgewricht. Bij de uitgebreide operatie boort de orthopedisch arts een groot, rechthoekig gat in het dijbeen. Hij moet heel precies te werk gaan, zodat het implantaat stevig ligt en er geen holle ruimtes ontstaan. Want een ondervulling met cement zou de duurzaamheid van het kunstgewricht verkorten. Toch werken de chirurgen grotendeels handmatig met verschillende raspels.

Een team onder leiding van biotechnoloog Oliver Schwarz van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart heeft nu een pneumatisch aangedreven apparaat ontwikkeld dat het werk aanzienlijk kan vergemakkelijken en de precisie zou kunnen verhogen. Omdat de boor de natuur als voorbeeld neemt, heeft de wetenschapper hem ingediend voor de »International Bionic Award«, waar hij met de 2e prijs werd bekroond. Deze bionica-prijs, in 2008 opgericht door de VDI en de Schauenburg-Stiftung, wordt om de twee jaar uitgereikt en is met 10.000 euro beloond. De prijsuitreiking van dit jaar vond plaats op 24 oktober in Bremen.

De nieuwe boor kan gaten met een rechthoekig profiel boren, omdat hij volgens een ongewone principes werkt. Schwarz liet zich daarbij inspireren door de huidwespen en heeft samen met zijn team het principe in de techniek overgebracht. Veel soorten houtwespen en sluipwespen boren tot wel 6 centimeter diepe gaten in hout om hun eieren te leggen. Omdat zij niet kunnen roteren, krabben zij de holle ruimtes uiterst sluw uit de stam. Hun legstekel bestaat uit drie aparte raspels die onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Een soort geleider zorgt ervoor dat de onderdelen bij elkaar blijven. Tijdens het boren beweegt het raspel-trio in een uitgekiend wisselspel voor- en achteruit en snijdt zich daarbij vanzelf in het hout. Technici spreken van het pendelhubsysteem. Terwijl het ene deel beweegt, verankert het andere zich in het gat en zorgt zo voor de benodigde houvast. Op deze manier hoeft het dier zijn fijne stekel niet in te drukken, zoals bijvoorbeeld bij een boormachine nodig is.

Zelfs in de ruimte of onder water te gebruiken

Deze boortechniek biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van de conventionele methode, niet alleen voor chirurgen. Vooral is ze niet beperkt tot ronde gaten. Omdat er niets roteert, kunnen ook gaten met drie- of veelhoekig profiel worden gemaakt. Daarin zou een plug veel beter vastzitten, omdat hij niet kan draaien. Bovendien hoeft men een pendelhubsysteem nauwelijks in te drukken. Men zou hem zelfs in de ruimte of onder water kunnen gebruiken, waar het moeilijk is om grote tegenkrachten uit te oefenen. Voor poreuze materialen zoals bot is hij bijzonder geschikt, zoals eerste tests hebben aangetoond. De botboor voor heupoperaties moet ongeveer 1,5 kilogram wegen en goed in de hand liggen. De ontwerpers hebben zich speciaal afgestemd met artsen om een optimaal ontwerp te vinden. De meerdelige raspkop kan met een eenvoudige handgreep worden verwisseld en vervangen door een andere. Om het apparaat te steriliseren, kan het gemakkelijk worden uit elkaar gehaald. Zodra een geïnteresseerd bedrijf zich meldt, wil het team uit Stuttgart een prototype bouwen. Voor niet-medische boor toepassingen wordt hij al verder ontwikkeld voor een gerenommeerd bedrijf.