Die gängigsten Wolframkabelkonfigurationen in chirurgischen Robotern sind 8×19, 7×37 und 19×19. Ein mechanisches Kabel mit Wolframdraht 8×19 besteht aus 201 Wolframdrähten, 7×37 aus 259 und 19×19 aus 361 spiralförmig verdrillten Drähten. Obwohl Edelstahl in vielen Bereichen, darunter auch in zahlreichen medizinischen und chirurgischen Geräten, Verwendung findet, gibt es in der chirurgischen Robotik keinen Ersatz für Wolframkabel.
Doch warum wird Edelstahl, ein bekanntes Material für mechanische Kabel, bei Antrieben für chirurgische Roboter immer weniger eingesetzt? Schließlich sind Edelstahlkabel, insbesondere Mikrokabel, in der Militärtechnik, der Luft- und Raumfahrt und vor allem in unzähligen anderen chirurgischen Anwendungen allgegenwärtig.
Der Grund, warum Wolframkabel in der Bewegungssteuerung von chirurgischen Robotern Edelstahlkabel ersetzen, ist eigentlich gar nicht so geheimnisvoll, wie man vielleicht denkt: Es liegt an ihrer Haltbarkeit. Da die Festigkeit dieser mechanischen Kabel jedoch nicht nur durch ihre Zugfestigkeit bestimmt wird, müssen wir die Festigkeit als Leistungskennzahl testen, indem wir Daten aus verschiedenen, praxisnahen Szenarien sammeln.
Nehmen wir die 8×19-Struktur als Beispiel. Als eine der am häufigsten verwendeten mechanischen Kabelkonstruktionen zur Erzeugung von Nick- und Gierbewegungen in chirurgischen Robotern ist die 8×19-Struktur dem Edelstahl-Pendant bei steigender Belastung deutlich überlegen.
Es ist zu beachten, dass die Zykluszeit und die Zugfestigkeit des Wolframkabels mit zunehmender Belastung anstiegen, während die Festigkeit des alternativen Edelstahlkabels im Vergleich zur Festigkeit von Wolfram bei gleicher Belastung drastisch abnahm.
Ein Edelstahlseil mit einer Last von 10 Pfund und einem Durchmesser von etwa 0,018 Zoll erreicht nur 45,73 % der Zyklen, die mit Wolfram bei gleicher 8×19-Konstruktion und gleichem Drahtdurchmesser erzielt werden.
Tatsächlich zeigte diese Studie sofort, dass das Wolframkabel selbst bei einer Belastung von 10 Pfund (44,5 N) mehr als doppelt so häufig funktionierte wie das Edelstahlkabel. Da mikromechanische Kabel in einem Operationsroboter – wie alle Komponenten – strengen regulatorischen Anforderungen genügen müssen, sollte das Kabel doch allen Belastungen standhalten, oder? Die Analyse belegt somit, dass die Verwendung eines Wolframkabels mit gleichem Durchmesser (8×19) im Vergleich zu einem Edelstahlkabel sowohl einen inhärenten Festigkeitsvorteil bietet als auch sicherstellt, dass der Roboter mit dem stärkeren und langlebigeren Kabelmaterial der beiden Optionen versorgt wird.
Darüber hinaus ist bei der 8×19-Konstruktion die Anzahl der Lastwechsel eines Wolframdrahtseils mindestens 1,94-mal so hoch wie die eines Edelstahldrahtseils mit gleichem Durchmesser und gleicher Belastung. Studien haben zudem gezeigt, dass Edelstahlseile die Elastizität von Wolfram nicht erreichen, selbst wenn die Belastung schrittweise von 10 auf 30 Pfund erhöht wird. Tatsächlich vergrößert sich der Unterschied zwischen den beiden Seilmaterialien. Bei gleicher Belastung von 30 Pfund steigt die Anzahl der Lastwechsel auf das 3,13-Fache. Besonders wichtig war die Erkenntnis, dass die Sicherheitsmargen während der gesamten Studie nie unter 30 Punkte sanken. Wolfram wies stets die höchste Anzahl an Lastwechseln auf, im Durchschnitt 39,54 %.
Obwohl in dieser Studie Drähte mit spezifischen Durchmessern und Kabelkonstruktionen in einer streng kontrollierten Umgebung untersucht wurden, konnte gezeigt werden, dass Wolfram stärker ist und mehr Zyklen bei präzisen Spannungen, Zugbelastungen und Rollenkonfigurationen ermöglicht.
Die Zusammenarbeit mit einem auf Wolfram-Technologie spezialisierten Maschinenbauingenieur, um die für Ihre chirurgische Roboteranwendung erforderliche Anzahl an Zyklen zu erreichen, ist von entscheidender Bedeutung.
Ob Edelstahl, Wolfram oder ein anderes mechanisches Kabelmaterial – keine zwei Kabelbaugruppen verwenden dieselbe Primärwicklung. Beispielsweise benötigen Mikrokabel in der Regel weder die Litzen selbst noch die extrem engen Toleranzen der am Kabel angebrachten Armaturen.
In vielen Fällen besteht eine gewisse Flexibilität bei der Wahl von Kabellänge und -querschnitt sowie bei der Positionierung und Größe des Zubehörs. Diese Abmessungen definieren die Toleranz der Kabelkonfektion. Kann Ihr Kabelhersteller Kabelkonfektionen liefern, die die Toleranzen der Anwendung erfüllen, dürfen diese nur in der vorgesehenen Umgebung eingesetzt werden.
Bei Operationsrobotern, wo Menschenleben auf dem Spiel stehen, ist die Einhaltung der Konstruktionstoleranzen das einzig akzeptable Ergebnis. Daher kann man mit Fug und Recht behaupten, dass ultradünne mechanische Kabel, die jede Bewegung des Chirurgen nachahmen, zu den fortschrittlichsten der Welt gehören.
Die mechanischen Kabelbaugruppen im Inneren dieser Operationsroboter beanspruchen ebenfalls kleinste, beengte Räume. Es ist erstaunlich, dass diese Wolframkabelbaugruppen nahtlos in engste Kanäle passen, auf Rollen, die nicht größer als die Spitze eines Kinderbleistifts sind, und beide Aufgaben erfüllen, während sie gleichzeitig eine vorhersehbare Anzahl von Zyklen beibehalten.
Wichtig ist auch, dass Ihr Kabeltechniker Sie im Voraus über die Kabelmaterialien beraten kann, wodurch möglicherweise Zeit, Ressourcen und sogar Kosten gespart werden – allesamt Schlüsselfaktoren bei der Planung einer soliden Markteinführungsstrategie für Ihren Roboter.
Angesichts des rasant wachsenden Marktes für chirurgische Robotik reicht es nicht mehr aus, lediglich mechanische Kabel zur Bewegungsunterstützung bereitzustellen. Wie schnell und erfolgreich die Hersteller chirurgischer Roboter ihre Produkte auf den Markt bringen, hängt maßgeblich davon ab, wie gut diese für den Massenmarkt geeignet sind. Daher ist es wichtig zu wissen, dass Ihre Maschinenbauingenieure diese Kabelbaugruppen täglich erforschen, verbessern und entwickeln.
So kommt es beispielsweise häufig vor, dass Projekte im Bereich der chirurgischen Robotik mit der Festigkeit, Duktilität und Zyklenzählfähigkeit von Edelstahl beginnen, aber in einem späteren Stadium der Roboterentwicklung dennoch Wolfram zum Einsatz kommt.
Hersteller von Operationsrobotern verwendeten in der Anfangsphase der Roboterentwicklung typischerweise Edelstahl, entschieden sich später aber aufgrund seiner überlegenen Leistung für Wolfram. Auch wenn dies wie ein plötzlicher Wandel im Ansatz der Bewegungssteuerung erscheinen mag, ist es nur ein vorgetäuschter Umstand. Der Materialwechsel ist das Ergebnis einer notwendigen Zusammenarbeit zwischen dem Roboterhersteller und den mit der Kabelfertigung beauftragten Maschinenbauingenieuren.
Edelstahlseile etablieren sich weiterhin als Standard im Markt für chirurgische Instrumente, insbesondere im Bereich der Endoskopie. Obwohl Edelstahl Bewegungen bei endoskopischen/laparoskopischen Eingriffen ermöglicht, besitzt er nicht die gleiche Zugfestigkeit wie sein spröderes, aber dichteres und daher festeres Gegenstück (Wolfram).
Wolfram eignet sich zwar ideal als Ersatz für Edelstahl als Kabelmaterial für chirurgische Roboter, doch die Bedeutung einer guten Zusammenarbeit zwischen Kabelherstellern wird oft unterschätzt. Die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Maschinenbauingenieur für ultradünne Kabel gewährleistet nicht nur die Produktion Ihrer Kabel durch erstklassige Berater und Hersteller. Die Wahl des richtigen Kabelherstellers ist auch ein sicherer Weg, um die wissenschaftlichen Grundlagen und die Geschwindigkeit der Bauplanung zu optimieren. So erreichen Sie Ihre Ziele in der Bewegungssteuerung schneller als Ihre Wettbewerber.
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