Le configurazioni di cavi in ​​tungsteno più comuni nei robot chirurgici includono le configurazioni 8×19, 7×37 e 19×19. Il cavo meccanico con filo di tungsteno 8×19 include 201 fili di tungsteno, il 7×37 include 259 fili e infine il 19×19 include 361 fili elicoidali intrecciati. Sebbene l'acciaio inossidabile sia utilizzato in una varietà di applicazioni, inclusi numerosi dispositivi medici e chirurgici, non esiste un sostituto per i cavi in ​​tungsteno nella robotica chirurgica.
Ma perché l'acciaio inossidabile, un materiale ben noto per i cavi meccanici, è sempre meno utilizzato negli azionamenti dei robot chirurgici? Dopotutto, i cavi in ​​acciaio inossidabile, in particolare quelli di microdiametro, sono onnipresenti in ambito militare, aerospaziale e, soprattutto, in innumerevoli altre applicazioni chirurgiche.
Ebbene, il motivo per cui i cavi in ​​tungsteno stanno sostituendo l'acciaio inossidabile nel controllo del movimento dei robot chirurgici non è poi così misterioso come si potrebbe pensare: ha a che fare con la durevolezza. Tuttavia, poiché la resistenza di questo cavo meccanico non si misura solo dalla sua resistenza alla trazione lineare, è necessario testare la resistenza come misura delle prestazioni, raccogliendo dati da diversi scenari adatti alle condizioni di campo.
Prendiamo come esempio la struttura 8×19. Essendo uno dei cavi meccanici più comunemente utilizzati per ottenere beccheggio e imbardata nei robot chirurgici, l'8×19 offre prestazioni notevolmente superiori alla controparte in acciaio inossidabile all'aumentare del carico.
Si noti che il tempo di ciclo e la resistenza alla trazione del cavo di tungsteno aumentavano con l'aumentare del carico, mentre la resistenza del cavo alternativo in acciaio inossidabile diminuiva drasticamente rispetto alla resistenza del tungsteno con lo stesso carico.
Un cavo in acciaio inossidabile con un carico di 10 libbre e un diametro di circa 0,018 pollici fornisce solo il 45,73% dei cicli raggiunti dal tungsteno con lo stesso design 8×19 e lo stesso diametro del filo.
In effetti, questo particolare studio ha immediatamente dimostrato che, anche a 44,5 N (10 libbre), il cavo in tungsteno ha funzionato più del doppio delle volte rispetto al cavo in acciaio inossidabile. Dato che, come tutti i componenti, i cavi micromeccanici all'interno di un robot chirurgico devono soddisfare o superare rigorosi requisiti normativi, il cavo dovrebbe essere in grado di resistere a qualsiasi cosa gli venga lanciata contro, giusto? Pertanto, l'analisi mostra che l'utilizzo di un cavo in tungsteno 8x19 dello stesso diametro rispetto a un cavo in acciaio inossidabile offre sia un vantaggio intrinseco in termini di resistenza, sia garantisce che il robot sia alimentato dal materiale del cavo più resistente e durevole tra le due opzioni.
Inoltre, nel caso del modello 8×19, il numero di cicli di un cavo in tungsteno è almeno 1,94 volte superiore a quello di un cavo in acciaio inossidabile dello stesso diametro e carico. Inoltre, studi hanno dimostrato che i cavi in ​​acciaio inossidabile non possono eguagliare l'elasticità del tungsteno, anche se il carico applicato viene gradualmente aumentato da 4,5 a 13,6 kg. Di fatto, la differenza tra i due materiali del cavo aumenta. Con lo stesso carico di 13,6 kg, il numero di cicli aumenta a 3,13 volte. Il risultato più importante è stato che i margini non sono mai diminuiti (a 30 punti) durante lo studio. Il tungsteno ha sempre avuto un numero di cicli più elevato, con una media del 39,54%.
Sebbene questo studio abbia esaminato fili di diametri specifici e design di cavi in ​​un ambiente altamente controllato, ha dimostrato che il tungsteno è più resistente e consente più cicli con sollecitazioni, carichi di trazione e configurazioni di pulegge precisi.
Collaborare con un ingegnere meccanico del tungsteno per raggiungere il numero di cicli richiesti per la tua applicazione robotica chirurgica è fondamentale.
Che si tratti di acciaio inossidabile, tungsteno o qualsiasi altro materiale per cavi meccanici, non esistono due assemblaggi di cavi che utilizzino lo stesso avvolgimento primario. Ad esempio, i microcavi di solito non richiedono i trefoli stessi, né le tolleranze pressoché impossibili dei raccordi applicati al cavo.
In molti casi, esiste una certa flessibilità nella scelta della lunghezza e delle dimensioni del cavo stesso, nonché della posizione e delle dimensioni degli accessori. Queste dimensioni costituiscono la tolleranza del cablaggio. Se il produttore di cavi meccanici è in grado di implementare cablaggi che soddisfano le tolleranze dell'applicazione, questi potranno essere utilizzati solo nel loro ambiente effettivo.
Nel caso dei robot chirurgici, dove sono in gioco vite umane, il raggiungimento delle tolleranze di progettazione è l'unico risultato accettabile. Quindi è lecito affermare che i cavi meccanici ultrasottili che imitano ogni movimento del chirurgo rendono questi cavi tra i più sofisticati al mondo.
Anche i cavi meccanici che si trovano all'interno di questi robot chirurgici occupano spazi piccoli, angusti e angusti. È davvero sorprendente che questi cavi in ​​tungsteno si inseriscano perfettamente nei canali più stretti, su pulegge non più grandi della punta di una matita per bambini, e svolgano entrambe le funzioni mantenendo il movimento a un numero di cicli prevedibile.
È inoltre importante notare che il tuo tecnico dei cavi può consigliarti in anticipo i materiali dei cavi, risparmiando potenzialmente tempo, risorse e persino costi, che sono variabili chiave quando si pianifica una solida strategia di commercializzazione del tuo robot.
Con la rapida crescita del mercato della robotica chirurgica, fornire semplicemente cavi meccanici per facilitare il movimento non è più accettabile. La velocità e la posizione con cui i produttori di robot chirurgici immetteranno le loro meraviglie sul mercato dipenderanno sicuramente dalla facilità con cui i prodotti saranno pronti per il consumo di massa. Ecco perché è importante sottolineare che i vostri ingegneri meccanici ricercano, migliorano e creano questi assemblaggi di cavi ogni giorno.
Ad esempio, capita spesso che i progetti di robotica chirurgica partano dalla resistenza, dalla duttilità e dalla capacità di conteggio dei cicli dell'acciaio inossidabile, ma continuino a utilizzare il tungsteno in una fase successiva dello sviluppo della robotica.
I produttori di robot chirurgici in genere utilizzavano l'acciaio inossidabile nelle prime fasi di progettazione, ma in seguito hanno scelto il tungsteno per le sue prestazioni superiori. Sebbene questo possa sembrare un cambiamento improvviso nell'approccio al controllo del movimento, in realtà è solo una finzione. Il cambio di materiale è il risultato di una collaborazione obbligatoria tra il produttore del robot e gli ingegneri meccanici incaricati della produzione dei cavi.
I cavi in ​​acciaio inossidabile continuano ad affermarsi come un punto di riferimento nel mercato degli strumenti chirurgici, soprattutto nel campo delle apparecchiature endoscopiche. Tuttavia, sebbene l'acciaio inossidabile sia in grado di supportare i movimenti durante le procedure endoscopiche/laparoscopiche, non presenta la stessa resistenza alla trazione della sua controparte più fragile, ma più densa e quindi più resistente (il tungsteno). Conseguentemente, la resistenza alla trazione risultante è inferiore.
Sebbene il tungsteno sia ideale per sostituire l'acciaio inossidabile come materiale di scelta per i cavi dei robot chirurgici, è impossibile apprezzare l'importanza di una buona collaborazione tra i produttori di cavi. Collaborare con un ingegnere meccanico esperto in cavi ultrasottili non solo garantisce che i cavi siano prodotti da consulenti e produttori di livello mondiale, ma consente anche di scegliere il produttore di cavi giusto per garantire la priorità alla scienza e al ritmo di miglioramento del piano di produzione, il che vi aiuterà a raggiungere i vostri obiettivi di controllo del movimento più velocemente rispetto ai concorrenti che cercano di raggiungere lo stesso risultato.
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