Forschung
Nr. 37

Bionik – Zwischen Mensch und Maschine

Florian Aigner | Büro für Öffentlichkeitsarbeit

Technik und Biologie wachsen zusammen, die Medizin stützt sich auf die Naturwissenschaft, und die Naturwissenschaft lernt von der Natur.

Wie können Technik und Medizin einander gegenseitig verbessern? An der TU Wien beschäftigen sich mehrere Forschungsbereiche mit dieser Frage. Von Elektrostimulation zur Schmerzbekämpfung bis zur Beinprothese – die Verbindung zwischen Medizin und Technik kann große Auswirkungen auf unser Leben haben.

Beim 19. TU-Forum am 9. Dezember zum Thema Bionik diskutierten Winfried Mayr von der Medizinischen Universität Wien, Christian Hofer von der Prothetik-Firma Otto Bock, Eva Czernohorsky von der Wirtschaftsagentur Wien und zwei Forscher der TU Wien – Eugenijus Kaniusas und Philipp Thurner.

Erstaunliches schon heute – Wunder dauern noch

In Science-Fiction-Filmen werden uns immer wieder bionische Zukunftsvisionen präsentiert, von denen die Wissenschaft noch weit entfernt ist: Künstliche Körperteile, deren Funktion natürlichen Gliedmaßen gleichkommt, oder künstliche Visoren, die besser funktionieren als unsere Augen. Ob sich solche Hoffnungen jemals erfüllen lassen, kann heute noch niemand sagen. Doch auch die Technologie, die heute verfügbar ist, bringt beeindruckende Vorteile mit sich.

Eugenijus Kaniusas (Institut für Institute of Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering) kooperiert in seiner Forschungsarbeit mit der Medizinischen Universität Wien: Mit Elektroden stimuliert man Nervenbahnen, dadurch kann man Schmerzen bekämpfen oder auch gezielt die Durchblutung fördern. In manchen Fällen lassen sich dadurch sogar Amputationen vermeiden.

Philipp Thurner (Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik) beschäftigt sich mit biomechanischen Strukturen – er untersucht etwa die Rissausbreitung in Knochen. Osteoporosegefahr wird heute einfach mit Hilfe von Knochendichtemessungen abgeschätzt. Das ist aber nur ein Parameter von vielen. „Das ist als würde man die Stabilität einer Mauer bloß nach der Ziegeldicke beurteilen, ohne zu wissen, ob zwischen den Ziegeln auch noch Mörtel ist“, sagt Thurner. Man braucht daher genauere Untersuchungen und präzisere Modelle.

Christian Hofer forscht bei der Firma Otto Bock, einem international führenden Hersteller von Prothesen und Medizintechnik. Besonders erfolgreich ist man heute bei Beinprothesen, berichtet Hofer: „Der menschliche Gang ist ein sehr regelmäßiges Bewegungsmuster. Die oberen Extremitäten stellen uns vor deutlich größere Probleme.“ Otto Bock arbeitet an Methoden, mit denen sich die Prothesen durch Nervensignale steuern lassen. Allerdings ist das technisch sehr schwierig: In den Nerven fließen winzige Ströme – arbeitet man mit Stromsignalen im Mikrovoltbereich, ist die Technik extrem empfindlich gegenüber Störungen von außen.

Winfried Mayr (MedUni Wien) sieht genau diese Arbeit an den Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine als größte Herausforderung in nächster Zeit. Man versucht, einzelne Nervenzellen selektiv zu erregen – hier gibt es noch viel Forschungsarbeit zu leisten. Mayr warnt davor, sich von Visionen aus Hollywoodfilmen allzu sehr blenden zu lassen: Zwar gibt es immer wieder beeindruckende Fortschritte – etwa Cochlea-Implantate oder Atemschrittmacher für Menschen mit Wirbelverletzungen, doch in anderen Bereichen, etwa bei der künstlichen Netzhaut, verläuft die Entwicklung langsamer. „Man kann jedenfalls nur eine gewisse Menge an Fremdkörpern implantieren“, erklärt Mayr – den Cyborg, der halb Mensch, halb Maschine ist, wird es wohl nicht geben.

Für Eva Czernohorsky von der Wirtschaftsagentur Wien ist gerade die Bionik als extrem interdisziplinäres Feld ein Vorzeigebeispiel für Forschung, die den Wirtschaftsstandort Wien sichert. Manche andere Regionen versuchen, industrielle Cluster zu bilden und sich ganz auf eine bestimmte Branche auszurichten. Czernohorsky ist allerdings der Meinung, dass Innovation gerade dort passiert, wo komplementäre Kompetenzen einander ergänzen. Bionik-Forschung funktioniert dann am besten, wenn Disziplinen wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Biologie, Medizin, Materialwissenschaft und Informatik zusammentreffen. Genau das ist nur in einer Stadt mit breitem Angebot an Ausbildungsmöglichkeiten und Fachkräften möglich.

Bild: © Otto Bock Healthcare Products GmbH

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