As configurações de cabos de tungstênio mais comuns em robôs cirúrgicos incluem 8x19, 7x37 e 19x19. O cabo mecânico com fio de tungstênio 8x19 inclui 201 fios de tungstênio, 7x37 inclui 259 fios e, finalmente, 19x19 inclui 361 fios helicoidais trançados. Embora o aço inoxidável seja usado em uma variedade de aplicações, incluindo inúmeros dispositivos médicos e cirúrgicos, não há substituto para os cabos de tungstênio na robótica cirúrgica.
Mas por que o aço inoxidável, um material conhecido para cabos mecânicos, é cada vez menos popular em acionamentos de robôs cirúrgicos? Afinal, cabos de aço inoxidável, especialmente cabos de microdiâmetro, são onipresentes em aplicações militares, aeroespaciais e, principalmente, em inúmeras outras aplicações cirúrgicas.
Bem, a razão pela qual os cabos de tungstênio estão substituindo o aço inoxidável no controle de movimento de robôs cirúrgicos não é tão misteriosa quanto se poderia pensar: tem a ver com durabilidade. Mas, como a resistência deste cabo mecânico não é medida apenas por sua resistência à tração linear, precisamos testar a resistência como uma medida de desempenho, coletando dados de diversos cenários adequados para condições de campo.
Tomemos como exemplo a estrutura 8×19. Sendo um dos designs de cabos mecânicos mais utilizados para obter movimentos de inclinação e guinada em robôs cirúrgicos, o 8×19 supera em muito o equivalente em aço inoxidável à medida que a carga aumenta.
Observe que o tempo de ciclo e a resistência à tração do cabo de tungstênio aumentaram com o aumento da carga, enquanto a resistência do cabo de aço inoxidável alternativo diminuiu drasticamente em comparação à resistência do tungstênio na mesma carga.
Um cabo de aço inoxidável com uma carga de 10 libras e um diâmetro de aproximadamente 0,018 polegadas fornece apenas 45,73% dos ciclos alcançados pelo tungstênio com o mesmo design 8×19 e diâmetro de fio.
De fato, este estudo em particular demonstrou imediatamente que, mesmo com 44,5 N (10 libras), o cabo de tungstênio funcionou com mais que o dobro da frequência do cabo de aço inoxidável. Considerando que, como todos os componentes, os cabos micromecânicos dentro de um robô cirúrgico devem atender ou exceder requisitos regulatórios rigorosos, o cabo deve ser capaz de suportar qualquer impacto, certo? Assim, a análise mostra que usar o mesmo diâmetro de cabo de tungstênio 8×19 em comparação com o cabo de aço inoxidável apresenta uma vantagem inerente à resistência e garante que o robô seja alimentado pelo material de cabo mais resistente e durável entre as duas opções.
Além disso, no caso do projeto 8×19, o número de ciclos de um cabo de aço de tungstênio é pelo menos 1,94 vezes maior que o de um cabo de aço inoxidável com o mesmo diâmetro e carga. Além disso, estudos demonstraram que cabos de aço inoxidável não conseguem igualar a elasticidade do tungstênio, mesmo que a carga aplicada seja gradualmente aumentada de 10 para 30 libras. De fato, a diferença entre os dois materiais de cabo está aumentando. Com a mesma carga de 30 libras, o número de ciclos aumenta para 3,13 vezes. A descoberta mais importante foi que as margens nunca diminuíram (para 30 pontos) ao longo do estudo. O tungstênio sempre apresentou um número maior de ciclos, com média de 39,54%.
Embora este estudo tenha examinado fios de diâmetros específicos e projetos de cabos em um ambiente altamente controlado, ele demonstrou que o tungstênio é mais forte e fornece mais ciclos com tensões precisas, cargas de tração e configurações de polias.
Trabalhar com um engenheiro mecânico de tungstênio para atingir o número de ciclos necessários para sua aplicação robótica cirúrgica é fundamental.
Seja aço inoxidável, tungstênio ou qualquer outro material de cabo mecânico, não há dois conjuntos de cabos que atendam ao mesmo enrolamento primário. Por exemplo, geralmente os microcabos não exigem os próprios fios, nem as tolerâncias quase impossíveis dos acessórios aplicados ao cabo.
Em muitos casos, há alguma flexibilidade na escolha do comprimento e tamanho do próprio cabo, bem como na localização e tamanho dos acessórios. Essas dimensões constituem a tolerância do conjunto de cabos. Se o fabricante do seu cabo mecânico puder implementar conjuntos de cabos que atendam às tolerâncias da aplicação, esses conjuntos só poderão ser usados ​​no ambiente real.
No caso de robôs cirúrgicos, onde vidas estão em jogo, atingir tolerâncias de projeto é o único resultado aceitável. Portanto, é justo dizer que cabos mecânicos ultrafinos que imitam cada movimento do cirurgião tornam esses cabos alguns dos mais sofisticados do planeta.
Os conjuntos de cabos mecânicos que vão dentro desses robôs cirúrgicos também ocupam espaços pequenos, apertados e apertados. É realmente incrível como esses conjuntos de cabos de tungstênio se encaixam perfeitamente nos canais mais estreitos, em polias do tamanho da ponta de um lápis de criança, e realizam ambas as tarefas, mantendo o movimento em um número previsível de ciclos.
Também é importante observar que seu engenheiro de cabos pode aconselhar sobre os materiais dos cabos com antecedência, o que pode economizar tempo, recursos e até mesmo custos, que são variáveis ​​importantes ao planejar uma estratégia sólida de lançamento no mercado para seu robô.
Com o rápido crescimento do mercado de robótica cirúrgica, simplesmente fornecer cabos mecânicos para auxiliar a movimentação não é mais aceitável. A velocidade e o posicionamento com que os fabricantes de robôs cirúrgicos levarão suas maravilhas ao mercado certamente dependerão da facilidade com que os produtos estejam prontos para o consumo em massa. Por isso, é importante observar que seus engenheiros mecânicos pesquisam, aprimoram e criam esses conjuntos de cabos diariamente.
Por exemplo, muitas vezes acontece que projetos de robótica cirúrgica podem começar com a resistência, ductilidade e capacidade de contagem de ciclos do aço inoxidável, mas ainda usar tungstênio em um estágio posterior no desenvolvimento da robótica.
Os fabricantes de robôs cirúrgicos costumavam usar aço inoxidável no início do projeto do robô, mas posteriormente optaram pelo tungstênio devido ao seu desempenho superior. Embora isso possa parecer uma mudança repentina na abordagem do controle de movimento, é apenas uma mudança disfarçada. A mudança de material é resultado de uma colaboração obrigatória entre o fabricante do robô e os engenheiros mecânicos contratados para fabricar os cabos.
Cabos de aço inoxidável continuam a se consolidar como um produto básico no mercado de instrumentos cirúrgicos, especialmente na área de equipamentos endoscópicos. No entanto, embora o aço inoxidável seja capaz de suportar o movimento durante procedimentos endoscópicos/laparoscópicos, ele não possui a mesma resistência à tração que seu equivalente mais frágil, porém mais denso e, portanto, mais resistente (chamado tungstênio). Isso resulta em resistência à tração.
Embora o tungstênio seja ideal para substituir o aço inoxidável como material de escolha para cabos de robôs cirúrgicos, é impossível avaliar a importância de uma boa colaboração entre fabricantes de cabos. Trabalhar com um engenheiro mecânico experiente em cabos ultrafinos não apenas garante que seus cabos sejam produzidos por consultores e fabricantes de classe mundial. Escolher o fabricante de cabos certo também é uma maneira infalível de garantir que você priorize a ciência e o ritmo de aprimoramento do plano de construção, o que ajudará você a atingir seus objetivos de controle de movimento mais rapidamente do que os concorrentes que tentam o mesmo.
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