Rolamentos cerâmicos para robôs médicos

Aug 16, 2023

por Chris Johnson

13 de junho de 2023

14:00

Chris Johnson, diretor administrativo do fornecedor especializado em rolamentos cerâmicos SMB Bearings, explica por que os rolamentos cerâmicos de alta precisão são a resposta.

Foto de Phonlamai Shutterstock

Sala de cirurgia de renderização 3D com cirurgia robótica e cama vazia

Os robôs estão em ascensão em ambientes médicos e são cada vez mais utilizados para realizar procedimentos mais complexos. Embora os aços inoxidáveis ​​martensíticos tenham sido preferidos para rolamentos em aplicações robóticas, seu desempenho está aquém dos padrões crescentes para evitar contaminação em ambientes médicos.

A analista GlobalData prevê que o mercado de robótica médica aumentará de 4,7 mil milhões de dólares em 2020 para 14,5 mil milhões de dólares em 2030, e esses robôs “serão considerados mais como companheiros que fornecem apoio emocional, em vez de vistos como ferramentas”. A citação refere-se à inteligência artificial (IA) que se está a tornar mais avançada, permitindo aos robôs oferecer cada vez mais apoio terapêutico aos pacientes de formas que não podemos imaginar hoje, e combater a escassez de pessoal.

Desde robôs de assistência cirúrgica que ajudam a realizar cirurgias minimamente invasivas, até robôs terapêuticos equipados com IA utilizados na reabilitação de lesões e paralisia, os robôs médicos percorreram um longo caminho desde que as tecnologias simples de braços robóticos foram introduzidas pela primeira vez na década de 1980. Embora os robôs cirúrgicos estejam se tornando mais baratos, as aplicações médicas modernas também exigem maior precisão e capacidade de velocidade desses robôs.

Tradicionalmente, em instrumentos médicos, os rolamentos — que otimizam a rotação de eixos como braços robóticos, limitando ou evitando atritos e solavancos — são feitos de metais de alta pureza, como o aço inoxidável martensítico. Os exemplos incluem robôs médicos que ajudam a realizar cirurgias fechadas onde a máxima precisão é necessária. Os rolamentos de robôs cirúrgicos devem fornecer a maior precisão rotacional possível, ao mesmo tempo que são pequenos o suficiente para caber nesses dispositivos hospitalares, muitas vezes compactos e portáteis.

No entanto, os rolamentos de aço têm limitações, incluindo contaminação. Embora os rolamentos de aço sejam resistentes e capazes de resistir a ambientes altamente corrosivos, eles são suscetíveis à contaminação por partículas devido às pressões de contato muito altas contra o aço dentro do rolamento enquanto ele se move. Se não for controlada, esta contaminação pode causar amassados ​​e desgaste.

É claro que a contaminação em geral é inaceitável em ambientes de saúde e segurança. À medida que os robôs se tornam mais predominantes em aplicações médicas, as regulamentações ficam mais rigorosas para evitar a contaminação.

Substituindo o aço

A necessidade de evitar contaminação acompanha outros requisitos de projeto, como altas velocidades, baixo ruído e propriedades não magnéticas. Por exemplo, como os scanners de ressonância magnética (MRI) utilizam um forte campo magnético para gerar imagens bidimensionais ou tridimensionais de qualquer sujeito vivo, os rolamentos de aço não podem ser usados ​​devido às suas propriedades magnéticas.

Todos esses fatores influenciam a escolha do material para rolamentos em ambientes médicos — mas qual material pode substituir o aço? O setor de equipamentos médicos escolhe cada vez mais rolamentos feitos exclusivamente de zircônia (ZrO2) ou outros compostos cerâmicos exóticos. De acordo com o Instituto de Materiais, Minerais e Mineração, “os rolamentos cerâmicos feitos de ZrO₂ são resistentes, com propriedades de expansão semelhantes às do aço cromo e do aço inoxidável 440, embora sejam 30% mais leves”.

Na verdade, os rolamentos de precisão totalmente cerâmicos são mais duros que o aço, com resistência superior à corrosão e ao calor, maior estabilidade dimensional e menor densidade. No entanto, os rolamentos cerâmicos são caros. Este é um grande problema para os institutos de saúde que operam com orçamentos apertados, pelo que a decisão de investir neles deve ser bem ponderada. Felizmente, os rolamentos cerâmicos apresentam diversas vantagens para ambientes médicos.

Uma é que os rolamentos não reagem a produtos químicos. Isso significa que eles não corroem nem enfraquecem quando submetidos a produtos químicos usados ​​para esterilização em hospitais. A cerâmica não requer lubrificação que, de outra forma, atrairia contaminantes como poeira, água ou umidade e isso também elimina a necessidade de processos de manutenção como relubrificação. Eles também são resistentes à água, por isso podem ser lavados regularmente.