Charlottenburg
Prothesen fürs Gesicht

Künstliche Augen mit echtem Wimpernschlag

Künstliche Augen mit echtem Wimpernschlag
Eine Prothese fürs Auge: Idealerweise erfolgt der künstliche Wimpernschlag genau zeitgleich mit dem des gesunden Auges.
Prothesen, so perfekt, dass sie nicht als künstlich erkannt werden: Nichts Geringeres als das ist das Ziel einiger TU-Forscher. Sie entwickeln Produkte und Werkzeuge im Miniaturformat. Zum Beispiel künstliche Augen, die den Wimpernschlag gesunder Augen imitieren.

Visionär können nicht nur Künstler und Propheten ans Werk gehen, auch Wissenschaftler zapfen ihre Phantasie an. Doch im Gegensatz zur Traumfabrik Hollywood herrscht im Anwendungszentrum Mikroproduktion (AMP) Realismus. „Wir haben die Vision, Batterien für Herzschrittmacher zu entwickeln, die ihre Energie aus der Körperflüssigkeit gewinnen – ein Minikraftwerk, das solche Geräte permanent mit Energie versorgt“, so Eckart Uhlmann, der Leiter des Fachgebiets Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) an der Technischen Universität Berlin.

In der Mikroproduktion entstehen Maschinen, die kleiner sind als ein Zehntel Millimeter

Zugleich ist der 54-jährige Ingenieur am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), das zusammen mit dem IWF am Spreebogen des Charlottenburger Campus angesiedelt ist. Die beiden Institute stellen gemeinsam das Produktionstechnische Zentrum Berlin (PTZ). Es vereint die an Grundlagen orientierte, universitäre Forschung mit der anwendungsorientierten Ausrichtung der Fraunhofer Gesellschaft, die der Industrie nahesteht.

Das „Doppelinstitut“ wurde vor einem Vierteljahrhundert gegründet. Seit November 2011 verfügt es über einen Neubau für die Mikroproduktion. „Unser Anwendungszentrum ist weltweit einmalig“, sagt Uhlmann. Hier forschen die Mitarbeiter an der präzisen Herstellung von Produkten im Mikromaßstab. Für diesen Zweck entwickeln sie Maschinen, mithilfe derer sich Werkzeuge fürs Schleifen, Bohren oder Fräsen anfertigen lassen, die kleiner sind als ein Zehntel Millimeter. „Durch simples Verkleinern vorhandener Geräte ist das allerdings nicht zu schaffen“, betont Uhlmann.

Die kleinste Unstimmigkeit macht langwierige Arbeit wertlos

In der Umgebung, in der das Haar eines Menschen wie ein monströser Balken erscheint, wirken besondere Gesetze. Hier verursacht ein minimales Kippeln des Miniatur-Fräsers, dass das Produkt zur Ausschussware wird. Die Werkzeugmaschinen, Computertomografen und Elektronenmikroskope müssen auf möglichst erschütterungslosem Untergrund stehen. Der Ultrapräzisionsbereich ist deshalb vom restlichen Gebäude abgetrennt. Die Feuchtigkeit der Luft wird genauestens reguliert, wie auch die Temperatur, die im empfindlichsten Laborraum um maximal ein Fünftel Grad Schwankung aufweisen darf. Andernfalls erfolgt eine minimale Ausdehnung der Maschinen und Kleinstwerkzeuge, und das kann ausreichen, um sehr zeitaufwendige Produktionsprozesse wertlos zu machen.

Der Arbeitsbereich Mikroproduktionstechnik ist ebenso ein Erbe der damaligen Akademie der Wissenschaften in der DDR, deren Gruppe „Ultrapräzision“ das PTZ 1990 übernahm. Wegen Platzmangels war nun der Umzug von Adlershof nach Charlottenburg nötig. Heute zählt das Team 60 Kollegen.

Die Herausforderung ist, ein komplexes Gebilde auf engstem Raum im Körper unterbringen

Eine der Aktivitäten des PTZ betrifft die Medizintechnik, beispielsweise das Entwickeln „aktiver“ Augenepithesen. Das sind Körperersatzstücke, die in der Folge von Tumoroperationen oder Unfällen im Gesicht eingesetzt werden. Weil das künstliche Sehorgan weitgehend natürlich wirken soll, muss der Lidschlag so synchron wie möglich mit dem des unbeschädigten Auges erfolgen – so der Anspruch bei aktiven Epithesen. Sie sollen den Lidschlag des unbeschädigten Auges erfassen, seine Nerven- oder Muskelsignale elektronisch verarbeiten, so dass ein Mikromotor das künstliche Augenlid schließen kann.

Die Herausforderung ist, das komplexe Gebilde, das nicht nur einen Motor und Sensoren, sondern auch eine Energieversorgung braucht, auf kleinstem Raum zu platzieren. „Meist stehen nur 15 Millimeter Augenhöhle zur Verfügung“, meint Dirk Oberschmidt, der Abteilungsleiter der Mikroproduktionstechnik. Zusammen mit dem Klinikum für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie von der Berliner Charité wurde eine Problemlösung gesucht und gefunden. Das Epithesenvolumen verringerte sich schon um mehr als zwei Drittel. Andere Verbesserungen sind in Planung; beispielsweise der Verzicht auf das Getriebe, das bislang das Augenlid in Bewegung brachte, und der Einbau eines Motors als Direktantrieb an der Stelle des Getriebes. Oberschmidt zufolge beginnen die ersten Tests schon bald.

Produktionstechnisches Zentrum Berlin (PTZ), Pascalstraße 8-9, Technische Universität Berlin, 10587 Berlin

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