#Chip Happens Podcast: Folge 7 I Dabei sein, ohne wirklich vor Ort zu sein: Telepräsenz als Retterin für Klima und Menschenleben

Situation 1:

Laut der europäischen Raumfahrtagentur ESA befinden sich aktuell 14690 menschengemachte Satelliten im Orbit. Alleine von diesen sind schon mehr als 2000 nicht mehr funktionstüchtig. Mehr als 25.000 große (>10cm) Trümmerstücke, entstanden durch über 650 ungeplante Fragmentationsereignisse, werden regelmäßig katalogisiert und verfolgt. Statistische Modelle wie MASTER-8 schätzen die Anzahl der kleineren Trümmerstücke, welche nicht einzeln erfasst werden können, auf c.a. 140 Millionen.

Problemstellung 1:

Wie die Statistik zeigt, befindet sich schon jetzt enorm viel Schrott in der Erdumlaufbahn. Besonders im Low-Earth-Orbit (LEO) ist die Situation angespannt. Die Anzahl der Satelliten hat sich von 2010 auf heute mehr als verdoppelt, da insbesondere kommerzielle Raketenstarts, wie die von Starlink rasant angestiegen sind. Im Fall von Starlink bringt ein einziger Start 60 Satelliten in den Orbit. Je mehr Schrott sich in der Erdumlaufbahn befindet, desto höher steigt die Gefahr einer Kollisionskaskade, auch Kessler-Effekt genannt, welche dramatische Folgen für die Raumfahrt hätte.

Lösungsansätze/Innovationspotenziale 1:

Um unseren Orbit zu säubern, braucht es Systeme die Satelliten warten und wenn nötig sicher zum Verglühen in eine niedrige Umlaufbahn bringen, sowie Weltraumschrott entfernen und andere raumfahrerische Aufgaben erledigen können. Dies lässt sich im Grunde nur über ferngesteuerte Raumschiffe mit Roboterarmen bewältigen, da bemannte Lösungen in Anbetracht der hohen Anzahl an Satelliten und Trümmerteilen im Orbit zu viele Ressourcen, sowie Finanz- und Humankapital verbrauchen würden.

Die Teleoperation ermöglichen hier ein effizientes Vorgehen, da sie keine Lebenserhaltungssysteme brauchen, Menschenleben gefährden und 24/7 arbeiten können. Über die Vermittlung von haptischem Feedback an die Steuerungselemente können sie das Gefühl einer echten Berührung realitätsnah simulieren.

Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte 1:

Das Topmodell des Instituts für Robotik und Mechatronik des DLR ist aktuell der »Caesar«. Dieser Arm kann bis zu fünf Meter weit ausholen, im Temperaturbereich von -20° bis +60°C arbeiten, und bis zu 10 Jahre im Orbit verweilen. Caesar kann Wartungs- und Reparaturaufgaben übernehmen, Strukturen zusammenbauen und Weltraumschrott entfernen. Sein Vorgänger ROKVISS wurde 2005 an der ISS montiert und hat bis 2010 rund 500 erfolgreiche Tests absolviert.

Ein großes Potenzial für Systeme wie »Caesar« besteht bei der Vorbereitung und Unterstützung von bemannten Raumfahrtmissionen z.B. zum Mars. Hier könnten schon Jahre vor Ankunft der ersten Menschen von Robotern Habitate aufgebaut werden. Eine Herausforderung stellt hier jedoch die enorme Entfernung dar, welche die Latenz der Steuerung erhöht und Echtzeit-Feedback quasi unmöglich macht.

Situation 2:

Der Bedarf an medizinischer Versorgung wird mit der alternden Bevölkerung immer weiter steigen. Laut dem statistischen Bundesamt wird sich die Zahl der über 85-jährigen in Deutschland bis 2050 mehr als verdoppeln. Doch im Gesundheitssektor sind insbesondere die Kapazitäten des medizinischen Fachpersonals sehr knapp. Um diesen perspektivischen Mehrbedarf zu bewältigen braucht es auch Reformen und Effizienzsteigerungen im Gesundheitssystem.

Problemstellung 2:

Obwohl die Kapazitäten der deutschen Ärzteschaft schon jetzt stark belastet sind, verbringen sie trotzdem noch viel Zeit mit Bürokratie. Zeitgleich kommen Menschen teilweise unnötig zu Beratungsgesprächen in Praxen oder Kliniken, oder müssen aufgrund fehlender Daten wiederholt untersucht werden. In manchen Fällen, wie z. B. der ambulanten Versorgung, sind keine Ärzt:innen zur Stelle, obwohl es sich oft um sehr zeitkritische Situationen handelt.

Lösungsansätze/Innovationspotenziale 2:

Eine digitalisierte Patientenverwaltung könnte sowohl den Ärzt:innen, als auch den Patient:innen viel Zeit, Mühe und unnötige Wege ersparen. Eine automatisierte Aufnahme von Patientendaten in Kombination mit der elektronischen Patientenakte (ePA) erlaubt Mediziner:innen mehr Zeit für Behandlungen und Patient:innendaten müssen im Idealfall nur einmal eingegeben werden.

In der ambulanten Versorgung könnten telemedizinisch zugeschalte Ärtz:innen den Erstversorgern schnell lebenswichtige Handlungsanweisungen geben, die sonst evtl. zu spät gekommen wären. Zukünftig im Krankenwagen integrierte Sensorsysteme wie z. B. ein EKG könnten die Diagnosemöglichkeiten zusätzlich erweitern.

Chirurg:innen können über Telechirurgie durch ferngesteuerte Roboterarme ihre Expertise auf einem größeren Gebiet einsetzen, ohne Fahrtzeit und die aufwändigen Hygieneprozeduren in Kauf nehmen zu müssen, die sonst im Operationssaal nötig wären. Ein medizinischer Operationsarm kann darüber hinaus grobe Bewegungen maschinell in feinere übersetzen, sowie Zittern ausgleichen, um noch präziser zu operieren.

Weiterer Forschungs-/Entwicklungsbedarf / Aktuelle Projekte 2:

Mit TEDIAS hat das Fraunhofer IPA in Kooperation mit Hochschulen und dem Land Baden-Württemberg ein eigenes Entwicklungszentrum für digitale Patientenaufnahmesysteme aufgebaut. TEDIAS nimmt die Stammdaten der Patienten:innen mit virtuellen Ärtz:innen auf und integriert Messtechnik, um die grundlegenden Vitaldaten abzulesen. Diese Daten kann TEDIAS auch selbstständig auswerten und weiterleiten.

Im Forschungsprojekt DAIOR arbeitet das IPA seit vielen Jahren mit dem Institute Surgery Guided Par L’image IHU in Straßburg und dem Bosch Digital Innovation Hub KTBW in Stuttgart zusammen, um roboterassistierte Telechirurgie und künstliche Intelligenz in den Operationssaal zu integrieren. Die durch Telechirurgie aus weiter Entfernung entstehende Latenz kann durch die Benutzung von 5G-Infrastruktur minimiert und durch ein KI-Modell teilweise antizipiert, und kompensiert werden.