{"id":9020,"date":"2021-12-16T17:51:19","date_gmt":"2021-12-16T16:51:19","guid":{"rendered":"http:\/\/technischesdesign.mw.tu-dresden.de\/blog\/?p=9020"},"modified":"2021-12-16T17:51:19","modified_gmt":"2021-12-16T16:51:19","slug":"diplomarbeiten-technologiedemonstrator-in-minimal-invasiven-chirurgischen-instrumenten-implementierung-des-fingertacs-in-ein-produktservicesystem-fuer-mr-anwendungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/technischesdesign.mw.tu-dresden.de\/blog\/diplomarbeiten-technologiedemonstrator-in-minimal-invasiven-chirurgischen-instrumenten-implementierung-des-fingertacs-in-ein-produktservicesystem-fuer-mr-anwendungen\/","title":{"rendered":"DIPLOMARBEITen: Technologiedemonstrator in minimal-invasiven chirurgischen Instrumenten & Implementierung des FingerTacs in ein Produktservicesystem f\u00fcr MR-Anwendungen"},"content":{"rendered":"
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Entwicklung eines Technologiedemonstrators f\u00fcr den Einsatz von Formged\u00e4chtnislegierungen in minimal-invasiven chirurgischen Instrumenten <\/b>(Fabian Schober)<\/i><\/p>\n

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Bei der minimal-invasiven Chirurgie werden Eingriffe durch kleinste K\u00f6rpereinschnitte oder nat\u00fcrliche K\u00f6rper\u00f6ffnungen durchgef\u00fchrt. Eine der gel\u00e4ufigsten Operationen dieser Art ist die Entfernung eines entz\u00fcndeten Blinddarms.<\/p>\n

Die bei diesen wie auch vielen anderen Eingriffen oftmals eingesetzte Greifinstrumente funktionieren heutzutage meist rein mechanisch. Aufgrund der unzureichenden Sensitivit\u00e4t der Mechanismen und deren Verschlei\u00dfanf\u00e4lligkeit mangelt es den Instrumenten an haptischem Feedback. Das Fehlen dieses kann zu Fehleinsch\u00e4tzung der Greifkraft durch den Operateur f\u00fchren. Gewebeverletzungen beim Patienten sind nicht selten das Resultat.<\/p>\n

Formged\u00e4chtnislegierungen (FGL) verf\u00fcgen \u00fcber das Potential diese und weitere Herausforderungen anzunehmen und die Instrumente technisch sowie ergonomisch zu verbessern. FGL sind Metalle, die sich nach aufgebrachter Verformung durch die Einwirkung von W\u00e4rme oder elektrischem Strom in ihre Ausgangsform zur\u00fcckformen lassen. Sie bieten die M\u00f6glichkeit sowohl als Sensoren als auch als leistungsstarke Aktoren eingesetzt werden zu k\u00f6nnen. Zudem ben\u00f6tigen sie einen deutlich geringeren Bauraum als heute \u00fcbliche Aktoren wie Servo- oder Brushless-Motoren.<\/p>\n

Das Fraunhofer IWU, bei dem diese Diplomarbeit in Kooperation verfasst wurde, forscht an FGL und deren Anwendung in verschiedenen Bereichen und Branchen. Um die Technologie in einem anwendungsnahen medizinischen Szenario \u00fcberpr\u00fcfen zu k\u00f6nnen und gleichzeitig die Potentiale des Materials erlebbar zu machen, war die Entwicklung eines Technologiedemonstrators Ziel dieser Diplomarbeit.<\/p>\n

Der Entwicklungsprozess basierte auf einer tiefgreifenden Literaturrecherche sowie einer darauf aufbauenden, sehr umfassenden Nutzergruppenanalyse. Aus diesen Grundlagen wurden drei Konzepte abgeleitet, die die Bew\u00e4ltigung von spezifischen Herausforderungen in unterschiedlichen Operationen durch Formged\u00e4chtnismechanismen aufzeigen. Ein Gesamtszenario verbindet dabei jeweils die aus dem Anwendungsbeispiel resultierenden Anforderungen mit den Bedarfen f\u00fcr den Einsatz in Evaluationen mit Experten sowie auf Fachmessen.<\/p>\n

Ein Vorzugskonzept wurde unter zielgerichteter Anwendung verschiedener Methoden und Tools aus dem Design und der konstruktiven Produktentwicklung in einem iterativen Entwurfsprozess weiterentwickelt. Das Ergebnis der Arbeit stellt ein ausstellungsf\u00e4higer physischer Demonstrator dar, der zuk\u00fcnftig den Transfer der Technologie in die Praxis f\u00f6rdert.<\/p>\n<\/div>\n

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Konzeption und Umsetzung des FingerTac als Produkt-Service-System f\u00fcr Mixed-Reality Anwendungen<\/strong> (Max Alexej P\u00f6tter)<\/i><\/p>\n

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Durch die Covid-Pandemie beschleunigt und nicht zuletzt durch die Ank\u00fcndigung des Metaverse befeuert w\u00e4chst ein enormes Interesses an Mixed Reality Anwendungen. Allerdings ist es immer noch nicht m\u00f6glich einen wichtigen Aspekt in der Interaktion mit Mixed Reality Anwendungen abzubilden: das haptische Feedback. \u00a0Auf Grund fehlender haptischer Benutzerinterfaces, die einfach zu nutzen, leicht, kompakt und preiswert sind, findet man trotz der guten Aussichten , und der breiten Einsatzm\u00f6glichkeiten in dem Mixed Reality Markt nur wenige haptische Technologien. Im Rahmen des Forschungsclusters CeTI werden Human-in-the-Loop Technologien erforscht die eine Echtzeit Interaktion mit der digitalen Welt erm\u00f6glichen. Im Rahmen dieses Clusters wurde der FingerTac durch das Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) als haptische Benutzerschnittstelle entwickelt.<\/p>\n

Der FingerTac ist ein neuartiges Konzept f\u00fcr einen tragbaren Fingerhut, der es innerhalb augmentierter haptischer Anwendungen erm\u00f6glicht mit realen als auch virtuellen Objekten zu interagieren. Die Einzigartigkeit des Ger\u00e4ts besteht darin, dass es die Augmented-Haptics-Technologie zum ersten Mal in einem tragbaren, leichten Ger\u00e4t vereint. Diese F\u00e4higkeit erm\u00f6glicht gekoppelt mit einem Daten-Handschuh eine Mixed Reality Mensch-Maschine-Interaktion. In Anwendungsbereichen bei denen es auf das Fingerspitzengef\u00fchl ankommt, bietet dieses System ein hohes Potenzial dem Nutzer digitale Informationen haptisch zug\u00e4nglich zu machen.<\/p>\n

Ziel der Diplomarbeit ist es Einsatzm\u00f6glichkeiten des FingerTacs zu evaluieren und ein Demonstratorkonzept zu erarbeiten, das den besonderen Mehrwert dieser Technologie in einem plausiblen Anwendungsszenario zeigt..<\/p>\n

In einem Ideenworkshop mit Wissenschaftlern aus CeTI wurden zum einen neue Anwendungsm\u00f6glichkeiten des Systems als auch gemeinsame Problemstellungen zu dem Thema haptische Benutzerschnittstellen entwickelt. Die Ergebnisse f\u00fchrten zu f\u00fcnf Chancenbereichen, wobei der Bereich \u201eSmart Lab\u201c durch die M\u00f6glichkeit einer interdisziplin\u00e4ren Kollaboration innerhalb des Clusters favorisiert wurde.<\/p>\n

Durch die Kombination des FingerTacs mit Technologien aus dem CeTi-Forschungscluster kann eine alleinstehende L\u00f6sung zur haptischen Interaktion mit augmentierten Umgebungen erreicht werden. Ergebnis ist ein smarter Handschuh in dem sowohl Sensorik als auch Aktorik integriert sind.<\/p>\n

Des weiteren wurden Untersuchungen und Experteninterviews durchgef\u00fchrt um die Chancen und Herausforderungen eines intelligenten Handschuhs zu filtern. Dabei kristallisierten sich drei Anwendungsszenarien heraus. Bewertet wurden die Konzepte f\u00fcr das smarte Handschuhkonzept basierend auf Leistungs-, Benutzer- und Kundenkriterien.<\/p>\n

Anschlie\u00dfend wurde f\u00fcr das Vorzugsszenario ein Demonstratorkonzept erstellt und daraus Anforderungen f\u00fcr die Herstellung eines Prototyps abgeleitet.<\/p>\n

Ausgehend von den definierten Anforderungen wurde iterativ ein Prototyp erstellt, der den FingerTac und den Smart Glove, einem Datenhandschuh mit eingestrickten textilen Sensoren,\u00a0 verbindet und anschlie\u00dfend das System vereinfacht. Trotz der Vereinfachungen zeigt eine vergleichende Studie, dass das neue Design \u00e4hnlich wie der urspr\u00fcngliche FingerTac funktioniert.<\/p>\n

Durch die Weiterentwicklung und Kombination des FingerTacs konnte ein Demonstrator f\u00fcr das CeTI-Forschungscluster erarbeitet werden, der nicht nur den Mehrwert dieser haptischen Technologie darstellt sondern auch die hohe interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit des Clusters hervorhebt.<\/p>\n

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