Nowy rodzaj wiertła zdobywa nagrodę »International Bionic Award 2014«

Wiercenie jak drewnojady – na podstawie drewnojadów: Nowy rodzaj wiertła ma pomóc chirurgom w wszczepianiu endoprotez biodrowych. (Źródło: Fraunhofer IPA)

Naśladując drewnojadki: nowy rodzaj wiertła ma pomóc chirurgom w wszczepianiu protez biodrowych. Zdobył drugą nagrodę na Międzynarodowej Nagrodzie Bioniki 2014.

Każdego roku w Niemczech około 200 000 pacjentów otrzymuje sztuczne stawy biodrowe. Przy skomplikowanej operacji ortopeda wierci duży otwór o przekroju prostokątnym w kości udowej. Musi to robić bardzo precyzyjnie, aby implant dobrze przylegał i nie powstawały puste przestrzenie. Ponieważ wypełnianie cementem skróciłoby trwałość sztucznego stawu. Niemniej jednak chirurdzy w dużej mierze pracują ręcznie, używając różnych szlifów.

Zespół pod kierownictwem biotechnologa Olivera Schwarza z Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA we Stuttgarcie opracował pneumatycznie napędzane urządzenie, które znacznie ułatwi pracę i może zwiększyć precyzję. Ponieważ wiertło naśladuje naturę, naukowiec zgłosił je do Międzynarodowej Nagrody Bioniki, gdzie otrzymało drugą nagrodę. Ta nagroda bioniczna, ustanowiona w 2008 roku przez VDI i Schauenburg-Stiftung, jest przyznawana co dwa lata i ma wartość 10 000 euro. Tegoroczne wręczenie odbyło się 24 października w Bremie.

Nowatorskie wiertło potrafi wiercić otwory o przekroju prostokątnym, ponieważ działa na podstawie niezwykłego schematu. Schwarz czerpał inspirację od owadów z rzędu błonkówek i wraz z zespołem przeniósł ten schemat do techniki. Wiele gatunków drewnojadków i os zagnieżdża się, wiercąc do 6 centymetrów głębokie otwory w drewnie, aby złożyć tam jaja. Ponieważ nie mogą wykonywać rotacji, wykręcają one puste przestrzenie w pniu bardzo sprytnie. Ich żądło składujące składa się z trzech oddzielnych szlifów, które mogą się poruszać niezależnie od siebie. Specjalna prowadnica zapewnia, że części pozostają razem. Podczas wiercenia trio szlifów porusza się w skomplikowanym rytmie naprzemiennym, samodzielnie zagłębiając się w drewno. Techników nazywa się to zasadą wahadłowego ruchu. Gdy jedna część się porusza, druga się zakleszcza w otworze, zapewniając potrzebną stabilność. W ten sposób owad nie musi naciskać swojego delikatnego żądła, jak jest to konieczne w przypadku wiertarki.

Możliwość użycia nawet w kosmosie lub pod wodą

Ta technika wiercenia ma znaczne zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami, nie tylko dla chirurgów. Przede wszystkim nie jest ograniczona do wiercenia otworów o okrągłym przekroju. Ponieważ nic nie się obraca, można również tworzyć otwory o przekroju trójkątnym lub wielokątnym. W takim przypadku kołek trzymałby się znacznie lepiej, ponieważ nie mógłby się obracać. Dodatkowo, wahadłowe wiertło wymaga niemal niewielkiego nacisku. Można je nawet używać w kosmosie lub pod wodą, gdzie trudno wywierać duży opór. Pierwsze testy wykazały, że jest szczególnie dobre do porowatych materiałów, takich jak kości. Wiertło do kości do operacji biodrowych ma ważyć około 1,5 kilograma i dobrze leżeć w dłoni. Konstruktorzy skonsultowali się z lekarzami, aby znaleźć optymalny kształt. Wieloczęściowa głowica szlifierska może być wymieniana jednym prostym ruchem ręki i zastępowana inną. Aby można było sterylizować urządzenie, można je łatwo rozłożyć na części. Gdy tylko znajdzie się zainteresowana firma, zespół ze Stuttgartu zamierza zbudować prototyp. W przypadku niemedycznych zastosowań wiertło jest już rozwijane dla znanej firmy.