Der cyber-physikalische Zwilling menschlicher Organe

cyvy Research Project

Angehende Piloten trainieren viele hundert Stunden in einem Flugsimulator, bevor sie ein echtes Flugzeug fliegen dürfen. Im Gegensatz dazu haben Chirurgen nur sehr begrenzten Zugang zu Simulatoren; und die, die es gibt, bieten keine ausreichend realistischen Bedingungen. Medizinische Instrumente, die in der Roboter- und minimal-invasiven Chirurgie eingesetzt werden, werden daher oft an einer Traube oder an gepresstem Fleisch aus einer Dose getestet.

 

Dr. Tian Qiu, Leiter der Cyber Valley-Forschungsgruppe „Biomedizinische Mikrosysteme“, hat sich zum Ziel gesetzt, die Situation zu verbessern. Seine Forschung konzentriert sich darauf, sehr realistische Organ-Attrappen zu entwickeln, die das Training chirurgischer Eingriffe optimieren und quantitativ messbar machen. Die Attrappen sind sehr authentische physische Nachbildungen, haben aber zusätzlich eine Cyber-Komponente. Daher trägt sein Projekttitel den Namen „cyber-physikalischer Zwilling menschlicher Organe“.

 

Mit Blick auf die Anatomie und die Gewebeeigenschaften realer Organe und menschlicher Körperteile wird jeder 3D-gedruckte Organ-Zwilling aus weichen Materialien hergestellt, die dem echten Organ sehr ähneln. Die Cyber-Komponente wiederum besteht darin, dass das Modell spüren kann, was an ihm gemacht wird, und diese Daten sammelt. Solche Daten wären unmöglich aufzuzeichnen, wenn zum Beispiel ein medizinisches Verfahren an einem echten menschlichen Organ trainiert würde. Mit den Daten, die der cyber-physikalische Zwilling erzeugt, kann das Ergebnis eines chirurgischen Trainings jetzt klar visualisiert werden, was unter realen Bedingungen unmöglich wäre. Die Leistung eines/r Medizinstudent*in könnte jetzt automatisch ausgewertet werden; und unmittelbar nach jedem Training könnten sie Feedback bekommen, wodurch die Trainingserfahrung optimiert würde.

 

Solch intelligente cyber-physikalische Organ-Zwillinge werden eines Tages die chirurgische Ausbildung verändern. Sie könnten das Training am menschlichen Körper immer mehr ersetzen und Tierversuche reduzieren, glauben Tian Qiu und sein Team. Die Organ-Zwillinge bieten nicht nur die Möglichkeit, neue medizinische Instrumente zu entwickeln und zu testen, sondern auch bessere Sicherheitsprodukte wie Helme und Airbags zu entwickeln, wenn zum Beispiel bei Crashtests real nachgebaute Körperteile eingesetzt werden. Lebenswichtige Daten darüber, wie sie bei einem Unfall betroffen sind, können gesammelt und analysiert werden.