Adaptives Gewebe mit druckgesteuerter Steifigkeit und integrierter Sensorik nach dem Vorbild der Haut

Prof. L. Zentner
 

Problemstellung

Viele Krankheiten zwingen Patienten lange Zeit (Monate oder Jahre) ohne Bewegung im Bett zu liegen. Selbst bei optimaler Pflegequalität kann diese Bewegungslosigkeit zu Hautschäden führen, die von einer einfachen Rötung bis hin zum offenen Wundliegegeschwür (Dekubitus), mit dem Verlust aller Hautschichten sowie Entzündung der Muskeln und Knochen, reichen.

 

Zielsetzung und Vorgehensweise

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines adaptiven Lagerungssystems für Patienten mit geminderter oder gar fehlender Eigenbewegung. Ein derartiges System soll die Blutversorgung der Hautschichten stimulieren und entlasten, um die Entstehung von Liegegeschwüren im Bereich von Druckstellen zu vermindern bzw. zu vermeiden. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Lösungen wird das zu entwickelnde System, mit seiner druckgesteuerten Steifigkeit und integrierten Mechanosensorik, den Blutdurchfluss der Haut aktiv und individuell stimulieren. Dies ist vor allem bei Frühstadien des Dekubitus sehr wichtig, da Wundliegegeschwüre bei rechtzeitiger Behandlung vermieden werden können. Bionische Methoden zur Erweiterung konstruktiver Lösungsansätze in der Technik führen neben der direkten Übertragung von Struktur-Funktions-Zusammenhängen aus der Natur (z. B. Vogelflügel à Flugzeugtragfläche) auch in einem indirekten Anwendungskontext (z. B. Vogelflügel à Windkraftkonzentrator nach Rechenberg) zum Erfolg.

 

Bionischer Ansatz

Ein biologisches System zeichnet sich im Vergleich zu einem technischen System meist durch seine Komplexität aus, wobei viele Parameter aufeinander abgestimmt sind, um ein zielgerichtetes Zusammenwirken für die überlebenswichtigen Aktivitäten zu ermöglichen. Viele Biostrukturen können in ihrer funktionsdominanten und funktionsnotwendigen Nachgiebigkeit modellhaft dargestellt werden. Als Vorbild für eine Matratze zur Dekubitus-Prophylaxe kann die menschliche Haut dienen, deren integrierte Aktorik und sensorkontrollierte Nachgiebigkeit nachgebildet werden sollen.

 

Technische Umsetzung

In dem zu realisierenden technischen System der Dekubitusmatte soll ein vergleichbares Zusammenspiel zwischen den mechanischen Eigenschaften (geometrische Gestalt und Material) des Lagerungssystems einerseits und den sensorischen sowie aktorischen Komponenten, die mit der Haut des Patienten interagieren, andererseits erreicht werden. Die Prinzipien der Aktor-Sensor-Interaktion der Haut werden dabei für neue Lösungen genutzt: Sensoren sollen die Druckstellen und die Temperaturerhöhung beim Wundliegegeschwür detektieren, während Aktoren die betroffenen Stellen zielgerichtet stimulieren und entlasten sollen. Das zu entwickelnde System wird der modellbasierten Untersuchung (Modellbildung, systematische Untersuchung und Parameteroptimierung) unterzogen. Anschließend soll ein Prototyp eines Lagerungssystems entwickelt, hergestellt sowie seine Funktionsfähigkeit getestet werden.

TU Ilmenau

Projektpartner

TU Ilmenau - FG Nachgiebige Systeme
- Projektkoordination -

TU Ilmenau - FG Biomechatronik

Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) GmbH, Berlin

egalen GmbH, Lauenburg/Elbe

 

Projektlaufzeit

06/2009 - 05/2012

 

Förderung

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung