La piattaforma per robotica chirurgica Da Vinci, sul mercato da oltre due decenni. Altri produttori nel tempo hanno sviluppato soluzioni simili per vari ambiti della chirurgia.
Per un controllo fine dei movimenti, gli sviluppatori di piattaforme di chirurgia robotica ricorrono sempre più agli specialisti di motion control, come maxon.
di Luca Ferrante
Secondo il servizio sanitario del Regno Unito (National Health Service, NHS), entro dieci anni, il 90% degli interventi laparoscopici effettuato negli ospedali di Sua Maestà sarà eseguito con l’ausilio di sistemi robotici. In Italia, come indica l’ultimo report di HTA-Health Technology Assessment, pubblicato a giugno da Agenas (l’agenzia nazionale per i servizi sanitari regionali), esistono già domini chirurgici, come l’urologia, in cui i sistemi robotici sono più utilizzati rispetto alle altre soluzioni disponibili, cioè la laparoscopia tradizionale o gli interventi “a cielo aperto”.
Per soddisfare una domanda crescente, i produttori di sistemi di chirurgia robotica puntano su processi di sviluppo più snelli e su una precisione sempre maggiore. Lo conferma Matthew Dean, responsabile della tecnologia medicale di maxon, azienda specializzata in sistemi di azionamento.
I motori brushless DC (BLDC) di maxon più adatti alla chirurgia robotica adottano una struttura frameless, ad albero cavo, per l’alloggiamento interno dei cablaggi.
ARTICOLAZIONI COMPLETE
Alla base della chirurgia robotica ci sono le articolazioni, responsabili di movimenti micrometrici fluidi e controllabili. Ogni articolazione integra motore elettrico, riduttore, encoder e spesso un freno, racchiusi in un’unità compatta con albero cavo per il passaggio dei cablaggi. Un controller regola velocità e posizione, anche in configurazioni multi-asse. Oggi, anziché sviluppare internamente le articolazioni, i costruttori di robot chirurgici preferiscono moduli completi da fornitori specializzati per ridurre i tempi di progettazione e test. La chirurgia richiede movimenti brevi e precisi, con coppia intermittente elevata, soprattutto nelle articolazioni prossimali. Per questo, è fondamentale una densità di coppia elevata.
I motori brushless DC (BLDC) di maxon sono la scelta ideale per la loro efficienza termica e densità di potenza. Le versioni trifase garantiscono maggiore fluidità e controllo, mentre il design flat frameless con albero cavo consente un’integrazione compatta nel braccio robotico.
Attuatore maxon della serie HPJ, che adotta motore brushless frameless, riduttore ed encoder assoluto ad alta risoluzione. Soluzione completa per i giunti robotici per la chirurgia.
CONTROLLO ULTRAPRECISO DEL MOVIMENTO
Per ridurre la velocità e aumentare la coppia, è necessario un riduttore. Il gioco meccanico (backlash) può compromettere la precisione, ma il riduttore a onda di deformazione (strain wave gear) lo elimina grazie all’ingranamento continuo dei denti. Basato sulla deformazione elastica di una coppa flessibile, questo riduttore è anche azionabile manualmente, utile per l’insegnamento e la sicurezza. Ha un profilo più alto, ma più piatto rispetto ai riduttori planetari (o planetary gear), e si integra perfettamente con il motore BLDC flat frameless di maxon. Sebbene la rigidità sia inferiore, nella chirurgia robotica è più importante la coerenza del movimento che la velocità. Algoritmi di controllo con rilevamento della coppia compensano eventuali limiti meccanici.
Un encoder assoluto a 19 bit sull’uscita consente movimenti articolari finissimi e mantiene la posizione anche in caso di interruzione di corrente. Il freno di mantenimento, a magnete permanente, aggiunge un ulteriore livello di sicurezza.
Infine, controller veloci e protocolli come EtherCAT garantiscono la coordinazione tra le articolazioni. Coinvolgere esperti in motion control fin dalle prime fasi progettuali accelera la definizione delle specifiche e semplifica lo sviluppo, contribuendo a migliorare l’esito clinico per il paziente. ©TECN’È
Introdotti nel 2025, i giunti ad alta efficienza HEJ di maxon contengono tutti i sottosistemi necessari a una soluzione completa di motion: elettronica, motore, riduttore e sensori.
