Adaptive Mikrooptiken für die Endoskopie mittels 5D-Druck

Eine der größten Herausforderungen moderner endoskopischer Bildgebung – sowohl in der Medizin als auch in der industriellen Inspektion – ist der Mangel an anpassungsfähigen, miniaturisierten Optiksystemen. Klassische Linsenlösungen sind starr, fokal unbeweglich und benötigen komplexe mechanische Verstelleinheiten, die bei stark miniaturisierten Systemen kaum integrierbar sind. Dadurch stoßen bestehende Endoskopsysteme insbesondere bei hochauflösenden Untersuchungen in engen oder schwer zugänglichen Bereichen an ihre technischen Grenzen.

Das Projekt ADAM verfolgt das Ziel, adaptive Mikrooptiken für eine neue Generation von Endoskopen zu entwickeln. Diese Mikrooptiken sollen ihre Fokuslage und spektralen Eigenschaften dynamisch und in Echtzeit an wechselnde Anforderungen anpassen können. Realisiert wird dies durch eine weltweit neuartige Kombination aus 5D-Druck und stimuli-responsiven Polymermaterialien.

Der 5D-Druck erweitert die klassischen vier Dimensionen – drei Raumkoordinaten und Zeit – um lokal variierende Materialeigenschaften. Dadurch lassen sich Mikrooptiken mit gezielt eingestellten funktionellen Bereichen herstellen, die auf äußere Reize wie Licht oder Temperatur reagieren und ihre optischen Eigenschaften reversibel verändern können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für adaptive Bildgebungssysteme mit deutlich erhöhter Funktionalität und Integrationsdichte.

Ein integriertes, dual-laserbasiertes Anregungskonzept steuert die Verformung der Optiken sowie deren spektrale Funktion gezielt an. Der äußere Laserstrahl erzeugt lokal begrenzte thermische Effekte zur Formänderung, während der zweite, innen geführte Laserstrahl als Lichtquelle für die Bildgebung dient. Beide Strahlen werden koaxial über eine speziell entwickelte Doppelkernfaser zur Mikrooptik geführt. Dadurch entsteht ein kompaktes, präzise steuerbares Gesamtsystem ohne zusätzliche mechanische Aktoren. 

Durch die Kombination dieser Technologien soll ADAM die Grundlage für kompakte, aktive, biokompatible und perspektivisch sogar resorbierbare Mikrooptiken schaffen. Das Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zur nächsten Generation intelligenter Endoskope und eröffnet neue Perspektiven für Anwendungen in der optischen Biopsie, der robotergestützten Mikrochirurgie, der minimalinvasiven Diagnostik sowie der zerstörungsfreien industriellen Prüfung. Gleichzeitig besitzt die entwickelte Technologie das Potenzial, den Funktionsumfang zukünftiger miniaturisierter optischer Systeme grundlegend zu erweitern und neue Anwendungsfelder in Medizin und Industrie zu erschließen.