Le configurazioni di cavi in ​​tungsteno più comuni nei robot chirurgici includono le configurazioni 8×19, 7×37 e 19×19. Un cavo meccanico con filo di tungsteno 8×19 comprende 201 fili di tungsteno, un 7×37 ne comprende 259 e infine un 19×19 ne comprende 361. Sebbene l'acciaio inossidabile sia utilizzato in una varietà di applicazioni, tra cui 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, sta diventando sempre meno diffuso nei sistemi di azionamento dei robot chirurgici? Dopotutto, i cavi in ​​acciaio inossidabile, soprattutto quelli di microdiametro, sono onnipresenti in ambito militare, aerospaziale e, cosa ancora più importante, 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 durabilità. Ma poiché la resistenza di questo cavo meccanico non si misura solo in base alla sua resistenza alla trazione lineare, è necessario testare la resistenza come indicatore di prestazione raccogliendo dati da diversi scenari adatti alle condizioni operative reali.
Prendiamo come esempio la struttura 8×19. Essendo uno dei design di cavi meccanici più comunemente utilizzati per ottenere beccheggio e imbardata nei robot chirurgici, l'8×19 offre prestazioni di gran lunga superiori rispetto alla controparte in acciaio inossidabile all'aumentare del carico.
Si noti che il tempo di ciclo e la resistenza alla trazione del cavo in tungsteno sono aumentati con l'aumentare del carico, mentre la resistenza del cavo alternativo in acciaio inossidabile è diminuita drasticamente rispetto alla resistenza del tungsteno allo 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 ottenuti dal tungsteno con lo stesso design 8×19 e diametro del filo.
In effetti, questo studio specifico ha immediatamente dimostrato che, anche a 44,5 N (10 libbre), il cavo in tungsteno si attivava 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 sollecitazione, giusto? Pertanto, l'analisi dimostra che l'utilizzo di un cavo in tungsteno 8×19 dello stesso diametro rispetto a un cavo in acciaio inossidabile offre sia un vantaggio intrinseco in termini di resistenza, sia la garanzia che il robot sia alimentato dal materiale del cavo più resistente e durevole tra le due opzioni.
Inoltre, nel caso del design 8×19, il numero di cicli di una fune in tungsteno è almeno 1,94 volte superiore a quello di una fune in acciaio inossidabile dello stesso diametro e carico. Gli studi hanno inoltre dimostrato che i cavi in ​​acciaio inossidabile non possono eguagliare l'elasticità del tungsteno, nemmeno aumentando gradualmente il carico applicato da 10 a 30 libbre. Di fatto, il divario tra i due materiali dei cavi è in aumento. Con lo stesso carico di 30 libbre, il numero di cicli aumenta di 3,13 volte. Il dato più importante è che i margini non sono mai diminuiti (fino a 30 punti) durante tutto lo studio. Il tungsteno ha sempre mostrato un numero di cicli superiore, con una media del 39,54%.
Sebbene questo studio abbia esaminato fili di diametri specifici e tipologie di cavi in ​​un ambiente altamente controllato, ha dimostrato che il tungsteno è più resistente e garantisce un maggior numero di cicli con sollecitazioni, carichi di trazione e configurazioni di pulegge precise.
Collaborare con un ingegnere meccanico specializzato in tungsteno per raggiungere il numero di cicli richiesto per la vostra applicazione di robotica chirurgica è fondamentale.
Che si tratti di acciaio inossidabile, tungsteno o qualsiasi altro materiale per cavi meccanici, non esistono due cavi assemblati con lo stesso avvolgimento primario. Ad esempio, i microcavi in ​​genere non richiedono i fili stessi, né le tolleranze estremamente strette dei raccordi applicati al cavo.
In molti casi, esiste una certa flessibilità nella scelta della lunghezza e della sezione del cavo stesso, nonché della posizione e delle dimensioni degli accessori. Queste dimensioni costituiscono la tolleranza dell'assemblaggio del cavo. Se il produttore di cavi meccanici è in grado di realizzare assemblaggi di cavi che soddisfano le tolleranze dell'applicazione, questi assemblaggi possono essere utilizzati solo nel loro ambiente effettivo.
Nel caso dei robot chirurgici, dove sono in gioco delle vite umane, il raggiungimento delle tolleranze di progettazione è l'unico risultato accettabile. Pertanto, si può affermare che i cavi meccanici ultrasottili, in grado di replicare ogni movimento del chirurgo, rappresentano alcuni dei sistemi più sofisticati al mondo.
Anche i cablaggi meccanici che si trovano all'interno di questi robot chirurgici occupano spazi piccoli e angusti. È davvero sorprendente come questi cablaggi in tungsteno si adattino perfettamente ai canali più stretti, su pulegge non più grandi della punta di una matita per bambini, e svolgano entrambe le funzioni mantenendo un movimento a un numero di cicli prevedibile.
È inoltre importante notare che il vostro ingegnere di cablaggio può consigliarvi in ​​anticipo sui materiali dei cavi, consentendovi potenzialmente di risparmiare tempo, risorse e persino costi, variabili fondamentali per la pianificazione di una solida strategia di lancio sul mercato del vostro robot.
Con il mercato della robotica chirurgica in rapida espansione, la semplice fornitura di cavi meccanici per facilitare il movimento non è più sufficiente. La velocità e la posizione con cui i produttori di robot chirurgici immetteranno sul mercato le loro meraviglie dipenderanno certamente dalla facilità con cui i prodotti saranno pronti per la produzione di massa. Ecco perché è importante sottolineare che i vostri ingegneri meccanici ricercano, migliorano e creano quotidianamente questi assemblaggi di cavi.
Ad esempio, spesso accade che i progetti di robotica chirurgica inizino sfruttando la resistenza, la duttilità e la capacità di conteggio dei cicli dell'acciaio inossidabile, ma che in una fase successiva dello sviluppo del robot si ricorra comunque al tungsteno.
Inizialmente, nella fase di progettazione dei robot chirurgici, i produttori utilizzavano l'acciaio inossidabile, ma in seguito hanno optato per il tungsteno grazie alle sue prestazioni superiori. Sebbene questo possa sembrare un improvviso cambiamento di approccio al controllo del movimento, in realtà non lo è affatto. La scelta del materiale è il risultato di una collaborazione obbligatoria tra il produttore del robot e gli ingegneri meccanici incaricati della realizzazione dei cavi.
I cavi in ​​acciaio inossidabile continuano ad affermarsi come elemento fondamentale nel mercato degli strumenti chirurgici, soprattutto nel campo delle apparecchiature endoscopiche. Tuttavia, sebbene l'acciaio inossidabile sia in grado di supportare il movimento durante le procedure endoscopiche/laparoscopiche, non possiede la stessa resistenza alla trazione della sua controparte più fragile ma più densa e quindi più resistente (chiamata tungsteno).
Sebbene il tungsteno sia il materiale ideale per sostituire l'acciaio inossidabile come materiale di elezione per i cavi dei robot chirurgici, è fondamentale una buona collaborazione tra i produttori di cavi. Lavorare con un ingegnere meccanico esperto in cavi ultrasottili non solo garantisce che i cavi siano prodotti da consulenti e produttori di livello mondiale, ma permette anche di dare priorità alla scienza e alla velocità di sviluppo del piano di costruzione, consentendo di raggiungere gli obiettivi di controllo del movimento più rapidamente rispetto alla concorrenza.
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