Les configurations de câbles en tungstène les plus courantes dans les robots chirurgicaux sont les suivantes : 8×19, 7×37 et 19×19. Le câble mécanique avec fil de tungstène 8×19 comprend 201 fils de tungstène, le 7×37 259 fils et le 19×19 361 fils toronnés hélicoïdaux. Bien que l'acier inoxydable soit utilisé dans de nombreuses applications, notamment pour de nombreux dispositifs médicaux et chirurgicaux, il n'existe aucun substitut aux câbles en tungstène en robotique chirurgicale.
Mais pourquoi l'acier inoxydable, matériau bien connu pour les câbles mécaniques, est-il de moins en moins utilisé dans les entraînements de robots chirurgicaux ? Après tout, les câbles en acier inoxydable, en particulier les câbles de microdiamètre, sont omniprésents dans les domaines militaire, aérospatial et, surtout, dans de nombreuses autres applications chirurgicales.
La raison pour laquelle les câbles en tungstène remplacent l'acier inoxydable dans le contrôle des mouvements des robots chirurgicaux n'est pas aussi mystérieuse qu'on pourrait le croire : elle est liée à la durabilité. Mais comme la résistance de ce câble mécanique ne se mesure pas uniquement par sa résistance à la traction linéaire, nous devons tester cette résistance comme mesure de performance en collectant des données issues de nombreux scénarios adaptés aux conditions de terrain.
Prenons l'exemple de la structure 8×19. Ce câble mécanique, l'un des plus couramment utilisés pour les mouvements de tangage et de lacet dans les robots chirurgicaux, surpasse largement son homologue en acier inoxydable lorsque la charge augmente.
Notez que le temps de cycle et la résistance à la traction du câble en tungstène augmentent avec l'augmentation de la charge, tandis que la résistance du câble alternatif en acier inoxydable diminue considérablement par rapport à la résistance du tungstène à la même charge.
Un câble en acier inoxydable avec une charge de 10 livres et un diamètre d'environ 0,018 pouce ne fournit que 45,73 % des cycles obtenus par le tungstène avec la même conception 8 × 19 et le même diamètre de fil.
En fait, cette étude a immédiatement démontré que même à 44,5 N (10 livres), le câble en tungstène fonctionnait plus de deux fois plus souvent que le câble en acier inoxydable. Étant donné que, comme tous les composants, les câbles micromécaniques d'un robot chirurgical doivent respecter, voire dépasser, des exigences réglementaires strictes, le câble devrait pouvoir résister à toutes les sollicitations, n'est-ce pas ? Ainsi, l'analyse montre que l'utilisation d'un câble en tungstène 8×19 de même diamètre par rapport à un câble en acier inoxydable présente un avantage intrinsèque en termes de résistance et garantit que le robot est alimenté par le matériau le plus résistant et le plus durable des deux options.
De plus, dans le cas de la conception 8×19, le nombre de cycles d'un câble en tungstène est au moins 1,94 fois supérieur à celui d'un câble en acier inoxydable de même diamètre et de même charge. De plus, des études ont montré que les câbles en acier inoxydable ne peuvent égaler l'élasticité du tungstène, même lorsque la charge appliquée est progressivement augmentée de 10 à 30 livres. En fait, l'écart entre les deux matériaux de câble se creuse. Avec la même charge de 30 livres, le nombre de cycles passe à 3,13 fois. Le résultat le plus important est que les marges n'ont jamais diminué (à 30 points) tout au long de l'étude. Le tungstène a toujours eu un nombre de cycles plus élevé, en moyenne de 39,54 %.
Bien que cette étude ait examiné des fils de diamètres spécifiques et des conceptions de câbles dans un environnement hautement contrôlé, elle a démontré que le tungstène est plus résistant et fournit plus de cycles avec des contraintes précises, des charges de traction et des configurations de poulies.
Travailler avec un ingénieur en mécanique du tungstène pour atteindre le nombre de cycles requis pour votre application robotique chirurgicale est essentiel.
Qu'il s'agisse d'acier inoxydable, de tungstène ou de tout autre matériau de câble mécanique, chaque assemblage de câble est unique et utilise le même enroulement primaire. Par exemple, les microcâbles ne nécessitent généralement pas de torons ni de tolérances extrêmement strictes pour les raccords appliqués au câble.
Dans de nombreux cas, il existe une certaine flexibilité dans le choix de la longueur et de la taille du câble, ainsi que de l'emplacement et de la taille des accessoires. Ces dimensions constituent la tolérance de l'assemblage de câbles. Si votre fabricant de câbles mécaniques peut mettre en œuvre des assemblages de câbles conformes aux tolérances de l'application, ces assemblages ne peuvent être utilisés que dans leur environnement réel.
Dans le cas des robots chirurgicaux, où des vies sont en jeu, le respect des tolérances de conception est le seul résultat acceptable. On peut donc affirmer que des câbles mécaniques ultra-fins, reproduisant chaque geste du chirurgien, font de ces câbles parmi les plus sophistiqués au monde.
Les câbles mécaniques intégrés à ces robots chirurgicaux occupent également des espaces exigus et exigus. Il est étonnant que ces câbles en tungstène s'insèrent parfaitement dans les canaux les plus étroits, sur des poulies pas plus grandes que la pointe d'un crayon d'enfant, et accomplissent les deux tâches tout en maintenant un mouvement à un nombre de cycles prévisible.
Il est également important de noter que votre ingénieur en câbles peut vous conseiller à l'avance sur les matériaux des câbles, ce qui permet potentiellement d'économiser du temps, des ressources et même des coûts, qui sont des variables clés lors de la planification d'une stratégie de mise sur le marché solide pour votre robot.
Avec la croissance rapide du marché de la robotique chirurgicale, se contenter de câbles mécaniques pour faciliter les mouvements n'est plus acceptable. La rapidité et la rapidité avec lesquelles les fabricants de robots chirurgicaux commercialiseront leurs merveilles dépendront certainement de la facilité avec laquelle ces produits seront commercialisés en masse. C'est pourquoi il est important de noter que vos ingénieurs mécaniciens recherchent, améliorent et créent ces assemblages de câbles chaque jour.
Par exemple, il arrive souvent que les projets de robotique chirurgicale commencent avec la résistance, la ductilité et la capacité de comptage de cycles de l’acier inoxydable, mais utilisent toujours le tungstène à un stade ultérieur du développement de la robotique.
Les fabricants de robots chirurgicaux utilisaient généralement l'acier inoxydable dès le début de leur conception, mais ont ensuite opté pour le tungstène en raison de ses performances supérieures. Bien que cela puisse sembler un changement soudain dans l'approche du contrôle des mouvements, il n'en est rien. Ce changement de matériau est le fruit d'une collaboration obligatoire entre le fabricant du robot et les ingénieurs mécaniciens chargés de la fabrication des câbles.
Les câbles en acier inoxydable continuent de s'imposer comme un élément incontournable du marché des instruments chirurgicaux, notamment dans le domaine des équipements endoscopiques. Cependant, si l'acier inoxydable est capable de supporter les mouvements lors des interventions endoscopiques/laparoscopiques, il n'offre pas la même résistance à la traction que son homologue plus fragile mais plus dense et donc plus résistant (appelé tungstène).
Bien que le tungstène soit idéal pour remplacer l'acier inoxydable comme matériau de prédilection pour les câbles des robots chirurgicaux, l'importance d'une bonne collaboration entre fabricants de câbles est indéniable. Collaborer avec un ingénieur mécanique expérimenté en câbles ultra-fins garantit non seulement la production de vos câbles par des consultants et des fabricants de renommée mondiale, mais aussi la priorité absolue accordée à la science et à l'amélioration du plan de fabrication. Vous atteindrez ainsi vos objectifs de contrôle de mouvement plus rapidement que vos concurrents.
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