antriebstechnik 6/2026

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG SMARTE IMPLANTATE MINIMOTOREN VERBESSERN KNOCHENHEILUNG Ab Tag eins der Operation sollen sie erkennen, ob ein Knochenbruch gut verheilt, und bei Bedarf gezielt nachhelfen: Implantate, die den Knochen stabilisieren und seine Heilung beschleunigen, entwickelt an der Universität des Saarlandes ein Team aus den Bereichen Ingenieurwissenschaft, Medizin und Informatik. Zentrale Technologie sind dabei Paul Motzki und Floria Wein zeigen den Prototyp eines smarten Implantats Mikroantriebe samt Sensorik, entwickelt vom Ingenieurteam um Professor Paul Motzki. Ob ein Knochenbruch verheilt, lässt sich bislang erst nach Wochen auf Röntgenbildern erkennen. Bis dahin bleibt die Heilung eine Blackbox. Genau hier setzen Forscherinnen und Forscher der Universität des Saarlandes an. Die Medizinerin Bergita Ganse ist Expertin für Frakturheilung. Sie koordiniert an der Universität des Saarlandes das von der Werner Siemens-Stiftung mit acht Millionen Euro geförderte Projekt „Smarte Implantate“. Ziel ist es, maßgeschneiderte Implantate zu entwickeln, die künftig im Körper permanent kontrollieren und sichtbar machen, wie gut oder schlecht ein Bruch verheilt. Sie sollen die Knochenheilung sogar aktiv fördern durch gezielte Mikromassagen am Frakturspalt. ANTRIEBE MIT SENSOREIGENSCHAFT Paul Motzki, wissenschaftlicher Geschäftsführer am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik der Universität des Saarlandes, und sein Team zeichnen verantwortlich für die Technik, die in den Implantaten steckt. Sie sind Spezialisten für smarte Materialsysteme, also Materialien, die selbst Sensor- und Antriebsfunktionen mitbringen. Auf der diesjährigen Hannover Messe zeigte das Team den Prototyp eines Implantats, der an der Bruchstelle messen kann, ob sich neues Knochengewebe bildet. Das Implantat bewegt sich durch einen patentierten Mechanismus aktiv am Bruch und passt sich dem Stadium der Heilung an. Zu Beginn, wenn die Knochenstücke Halt brauchen, kann sich das Implantat versteifen und den Knochen fixieren. Im Laufe der Heilung schaltet es sich weicher. Außerdem führt es im Zusammenspiel der robotischen Minimotoren kleine Bewegungen aus, um gezielt Wachstumsprozesse auszulösen. „Die Heilung verläuft schneller, wenn der Bruchspalt gezielt bewegt und das Gewebe am Bruchrand stimuliert wird. Mit winzigen Bewegungen mit einem Hubweg etwa von 100 bis 500 µm lassen sich Wachstumsprozesse auslösen“, erläutert Medizinerin Bergita Ganse. Hinter alldem stecken Bündel haarfeiner Nickel-Titan-Drähte, die in den Implantaten als Minimotoren und zugleich als Sensoren dienen. Möglich wird dies durch die besonderen Eigenschaften der Drahtbündel aus Nickel-Titan, einer Formgedächtnislegierung. Nickel-Titan besitzt zwei Phasen. Das Kristallgitter der einen Phase ist kürzer als das der anderen. Werden die Drähte erwärmt, wechselt die Phase von einer in die andere. Fließt also Strom durch sie hindurch, erwärmen sich die Drähte, ihre Kristallstruktur wandelt sich um und sie verkürzen sich. „Nickel-Titan hat von allen Antriebsmechanismen die höchste bekannte Energiedichte. Wir erreichen in sehr kleinen Dimensionen hohe Zugkraft“, erklärt Paul Motzki. Da der elektrische Widerstand dieser Drähte sich verändert, sobald sie sich verformen, dienen sie den Forschern zugleich als Sensoren. Sie können jeder Verformung des Drahts einen präzisen Messwert zuordnen. „Mit diesen Messdaten haben wir neuronale Netze trainiert“, sagt Paul Motzki. Mithilfe der KI gibt das Implantat Auskunft, ob die Steifigkeit im Knochenbruch zunimmt - ohne dass Röntgenstrahlung zum Einsatz kommt. Mittels der Messwerte lassen sich die Drähte präzise ansteuern und bewegen. Die Ingenieure können Bewegungsabläufe modellieren und programmieren oder sie einfach in jeder beliebigen Stellung innehalten lassen. In der Praxis soll das Implantat die Informationen via Smartphone übermitteln und sich hierüber auch steuern lassen. Bild: Universität des Saarlandes / Oliver Dietze Claudia Ehrlich, Pressestelle der Universität des Saarlandes, Saarbrücken www.uni-saarland.de 42 antriebstechnik 2026/06 www.antriebstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 07/2026 ERSCHEINUNGSTERMIN: 23. 09. 2026 ANZEIGENSCHLUSS: 08. 09. 2026 03 01 02 01 Selbsteinstellende Kleinstoßdämpfer mit im Falltest validierten Sicherheitsreserven dämpfen pneumatische Schiebetüren in Zugwaggons Bild: ACE 04 02 Kompakte Servotechnik minimiert Bauraum, zu bewegende Masse und Installationsaufwand bei Etikettierern für Lebensmittelverpackungen Bild: Beckhoff IHR WEG ZU UNS Internet: www.antriebstechnik.de E-Paper: digital.antriebstechnik.de Chefredakteur: Miles Meier, m.meier@vfmz.de 03 Servogetriebemotoren mit Hybridkabel-Technik ersetzen Pneumatik im Greifer und ermöglichen fein fühliges Handling großer Felgen Bild: Stöber 04 Polyurethan-Applikatoren schmieren offene Zahnräder, Zahnstangen und Ketten vollflächig und senken dabei Reibung, Verschleiß und Druckluftbedarf Bild: Mädler (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2026/06 43