Szenarienbasierte Interaktions- und Kooperationsmuster sensomotorischer Assistenzsysteme für synergistische Chirurgieroboter (SIKA-Surg)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Verena Nitsch; Professor Dr.-Ing. Klaus Radermacher
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541052141

In der Chirurgierobotik sind semi-aktive, synergistische und aktive Systeme für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsgebiete verfügbar. Jedes Anwendungsgebiet ist jedoch mit unterschiedlichen Anforderungen und Risiken verbunden, was als Konsequenz zu einer großen Zahl unterschiedlicher Systemrealisierungen geführt hat. Hinsichtlich der mechanischen Realisierung unterschiedlicher Arbeitsräume, Größen, Dynamiken, Freiheitsgrade, Nutzlasten und Anforderungen der verschiedenen Anwendungen hat sich eine modulare Systemgestaltung bereits als nützlich erwiesen. Eine ebenso modulare Systemgestaltung ist demzufolge auch von funktioneller Seite erstrebenswert, sodass basierend auf den Anforderungen der jeweiligen Applikation zwischen geeigneten Kontrollmodi gewählt sowie je nach Situation zwischen ihnen gewechselt werden kann. Betrachtet man die modulare Gestaltung von mechanischer sowie funktioneller Seite in Kombination mit dem momentanen Trend im Operationssaal (OP) hin zu einer offenen modularen Vernetzung von Medizingeräten, so könnte zukünftig ein flexibles Gesamtsystem entstehen, welches Flexibilität, Nutzen-Kosten-Verhältnis und somit die Verbreitung chirurgischer Roboter fördert. Um eine derartige offene und modulare Systemintegration zu ermöglichen und gleichzeitig das gesamtheitliche Mensch-Maschine-System zu optimieren, muss allerdings bekannt sein unter welchen Nutzungsszenarien sich welches System und welche Assistenz bis hin zur Automation am besten eignen. Für die kooperative Führung von Operationsrobotern im Bereich der Orthopädie und Neurochirurgie gibt es bereits erste Beispiele praktischer Anwendungen unterschiedlicher Interaktionsmuster. Dabei werden multi-modale Informationsdarstellungen verwendet. Ergebnisse aus der kognitionsergonomischen Forschung weisen jedoch darauf hin, dass die Wirksamkeit von multi-modalen Reizen in der Steigerung der Aufgabenleistung maßgeblich von der Implementierung und dem Aufgabenkontext abhängig ist. Um leistungssteigernde Effekte multi-modaler Benutzungsschnittstellen zielgerichtet nutzbar zu machen, gilt es Ansätze zur Reduktion der Komplexität der Wechselwirkungen zu finden und deren Auswirkungen auf die Gebrauchstauglichkeit zu erforschen. Das geplante Forschungsvorhaben setzt sich zum Ziel, am Beispiel der Bewegung synergistischer Chirurgieroboter zur Bearbeitung knöcherner Strukturen sichere, szenarienbasierte Interaktionsmuster für die Mensch-Maschine–Kooperation unter Einsatz von multimodalen Benutzungs¬schnittstellen zu identifizieren und deren Auswirkungen auf die Aufgabenleistung der Operateure zu untersuchen. Auf dieser Basis soll ein Katalog von Interaktionsprofilen entwickelt werden, der eine systematische Auslegung kooperativer sensomotorischer Assistenzsysteme in der Chirurgierobotik unter Einbeziehung der Anforderungen eines integrierten Risikomanagementprozesses erlaubt. Anhand von Experimentalplattformen sollen die Konzepte und Auswirkungen der Interaktionsmuster evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen