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Natur als Inspiration für technische Innovationen

PlayEine Würgeschlange verschlingt ihre Beute
Natur als Inspiration für technische Innovationen | Video verfügbar bis 24.03.2023 | Bild: BR

Egal ob schneiden, spritzen, stechen oder klammern: Viele Funktionen, die Ärzte in ihrem Alltag brauchen, ähneln denen in der Natur. Der Stuttgarter Tüftler und Medizinbioniker Oliver Schwarz hat mit seinem Team am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung geniale Geräte für den OP-Bereich entwickelt. Die Inspiration dazu kam ihm bei einem Volontariat am Stuttgarter Naturkundemuseum. Beim Sezieren verschiedenster Tierarten fiel es ihm wie Schuppen von den Augen Und - die Tiere haben sie in Jahrmillionen zur Abwehr, zum Angriff, zur Nahrungsaufnahme oder zur Fortpflanzung optimiert.

Bohren wie die Holzschlupfwespe

Zum Beispiel die Holzwespe: Um ihre Eier abzulegen, bohrt sie zentimetertiefe Kanäle ins Holz. Das Erstaunliche daran ist: Ihr Stachel ist hauchzart und er rotiert nicht. Stattdessen besteht er aus mehreren Segmenten, die sich unabhängig voneinander vor- und zurückbewegen.

Schwarz hat nach diesem "Pendelhubprinzip" einen Raspelbohrer entwickelt, der gleich mehrere Vorteile hat: Er kann Löcher mit beliebigen Querschnitt erzeugen – zum Beispiel auch dreieckige oder ovale. Das macht ihn zu einem idealen Werkzeug beim Einbau von Implantaten, die sich nicht verdrehen dürfen, beispielsweise künstliche Hüftgelenke und Implantate im Mund.

Stanzen nach dem Vorbild der Anaconda

Eine Würgeschlange verschlingt ihre Beute
Der Schluckmechanismus der Würgeschlangen inspirierte die Wissenschaftler zu einer Knochenstanze. | Bild: BR

Eine weitere Idee des Tüftlers: die Übertragung des Schluckmechanismus der Anakonda auf eine Knochenstanze. Bisher können Knochenstanzen, wie sie zum Beispiel bei Bandscheiben-OPs eingesetzt werden, nur kleine Mengen an Knorpel-Material aufnehmen. Das hat zur Folge, dass der Chirurg sie zum Entleeren immer wieder aus- und einführen muss. Anders geht es mit der Stanze mit dem Anaconda-Mechanismus: Hier wird das Material mithilfe von nach hinten gekrümmten Zähnen, die gegeneinander arbeiten, in den Schaft der Stanze hineingezogen – so wie die Würgeschlange ihre Beute in den Schlund zieht. Der Vorteil: Es kann schneller operiert werden und das Infektionsrisiko sinkt.

Und noch ein Gerät hat Oliver Schwarz für die Chirurgie bionisch perfektioniert: die Pinzette. Bislang können Objekte aus ihrem Griff herausrutschen oder beschädigt werden. Der Bioniker hat daher eine Pinzette entwickelt, deren "Maulflächen" sich an die Form des Objektes anschmiegen – optimal also um Weichteile, wie Bindegewebe. Blutgefäße oder Nerven zu fassen. Abgeschaut ist der sogenannte Fin Ray Effekt von den Schwanzflossen von Knochenfischen.

Noch ist die Bionik eine junge Wissenschaftsdisziplin. Doch die Erfindungen von Oliver Schwarz beweisen: Die Natur bietet eine geniale Quelle der Inspiration für technische Innovationen.

Autorin: Sabine Frühbuss (BR)

Kontakt
Dr. rer. nat. Oliver Schwarz
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart
Tel. (0711) 970 37 54, Fax (0711) 970 95 37 54

Stand: 02.08.2019 00:05 Uhr

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Bayerischer Rundfunk
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