بلبرینگ های سرامیکی برای ربات های پزشکی

کریس جانسون، مدیر عامل تامین کننده تخصصی بلبرینگ های سرامیکی SMB Bearings، توضیح می دهد که چرا بلبرینگ های سرامیکی با دقت بالا پاسخگو هستند.

روبات‌ها در محیط‌های پزشکی در حال افزایش هستند و به طور فزاینده‌ای برای انجام روش‌های پیچیده‌تر به آنها اعتماد می‌شود. اگرچه فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی برای یاتاقان‌ها در کاربردهای روباتی مورد توجه قرار گرفته‌اند، عملکرد آنها در برابر استانداردهای رو به افزایش برای جلوگیری از آلودگی در محیط‌های پزشکی ضعیف است.

تحلیلگر گلوبال دیتا پیش بینی می کند که بازار روباتیک پزشکی از 4.7 میلیارد دلار در سال 2020 به 14.5 میلیارد دلار در سال 2030 افزایش یابد و این روبات ها “بیشتر به عنوان همراهان ارائه دهنده حمایت عاطفی به جای ابزار دیده شوند.” این نقل قول به پیشرفته‌تر شدن هوش مصنوعی (AI) اشاره دارد و به ربات‌ها اجازه می‌دهد تا به روش‌هایی که امروزه نمی‌توانیم تصورش را کنیم، حمایت درمانی فزاینده‌ای به بیماران ارائه دهند و با کمبود کارکنان مقابله کنند.

از ربات‌های کمکی جراحی که به انجام جراحی‌های کم تهاجمی کمک می‌کنند تا ربات‌های درمانی مجهز به هوش مصنوعی که در توانبخشی برای آسیب‌ها و فلج‌ها استفاده می‌شوند، ربات‌های پزشکی از زمانی که فناوری‌های بازوی رباتیک ساده برای اولین بار در دهه 1980 معرفی شدند، راه طولانی را پیموده‌اند. اگرچه روبات‌های جراحی ارزان‌تر می‌شوند، اما کاربردهای پزشکی مدرن نیز نیازمند دقت و قابلیت‌های سرعت بالاتری از این روبات‌ها هستند.

به طور سنتی، در ابزار پزشکی، یاتاقان ها – که چرخش محورها مانند بازوهای ربات را با محدود کردن یا اجتناب از اصطکاک و تکان ها بهینه می کنند – از فلزات با خلوص بالا مانند فولاد ضد زنگ مارتنزیتی ساخته شده اند. به عنوان مثال می توان به روبات های پزشکی اشاره کرد که به انجام جراحی سوراخ کلید در جایی که حداکثر دقت مورد نیاز است کمک می کنند. بلبرینگ های ربات جراحی باید بالاترین دقت چرخشی ممکن را ارائه دهند و در عین حال به اندازه کافی کوچک باشند تا در این دستگاه های بیمارستانی اغلب فشرده و قابل حمل قرار بگیرند.

با این حال، یاتاقان های فولادی دارای محدودیت هایی از جمله آلودگی هستند. در حالی که یاتاقان های فولادی سخت هستند و قادر به مقاومت در برابر محیط های بسیار خورنده هستند، اما به دلیل فشارهای تماس بسیار زیاد با فولاد در حین حرکت، مستعد آلودگی ذرات هستند. اگر کنترل نشود، این آلودگی می تواند باعث فرورفتگی و سایش شود.

البته آلودگی به طور کلی در محیط های بهداشتی و ایمنی غیرقابل قبول است. همانطور که روبات ها در کاربردهای پزشکی رایج تر می شوند، مقررات برای جلوگیری از آلودگی سخت تر می شوند.

تعویض فولاد

نیاز به جلوگیری از آلودگی با سایر الزامات طراحی مانند سرعت بالا، نویز کم و خواص غیر مغناطیسی همراه است. به عنوان مثال، از آنجایی که اسکنرهای تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) از یک میدان مغناطیسی قوی برای تولید تصاویر دو یا سه بعدی از هر جسم زنده استفاده می کنند، بلبرینگ های فولادی به دلیل خواص مغناطیسی آنها قابل استفاده نیستند.

همه این عوامل بر انتخاب مواد برای یاتاقان ها در محیط های پزشکی تأثیر می گذارد – اما چه ماده ای می تواند جایگزین فولاد شود؟ بخش تجهیزات پزشکی به طور فزاینده ای یاتاقان هایی را انتخاب می کند که منحصراً از زیرکونیا (ZrO2) یا سایر ترکیبات سرامیکی عجیب و غریب ساخته شده اند. به گفته مؤسسه مواد، مواد معدنی و معدن، “بلبرینگ های سرامیکی ساخته شده از ZrO2 دارای خواص انبساط مشابه با فولاد کروم و فولاد ضد زنگ 440 هستند، اگرچه 30٪ سبک تر هستند.”

در واقع، بلبرینگ‌های دقیق سرامیکی سخت‌تر از فولاد هستند، با مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، پایداری ابعادی بالاتر و چگالی کمتر. با این حال، بلبرینگ های سرامیکی گران هستند. این یک مسئله بزرگ برای موسسات بهداشتی است که با بودجه های محدود فعالیت می کنند، بنابراین تصمیم برای سرمایه گذاری در آنها باید به خوبی مورد توجه قرار گیرد. خوشبختانه بلبرینگ های سرامیکی دارای مزایای متعددی برای محیط های پزشکی هستند.

یکی این است که یاتاقان ها به مواد شیمیایی واکنش نشان نمی دهند. این بدان معناست که آنها در معرض مواد شیمیایی خشن که برای عقیم سازی در بیمارستان ها استفاده می شوند، خورده یا ضعیف نمی شوند. سرامیک ها نیازی به روغن کاری ندارند که در غیر این صورت آلاینده هایی مانند گرد و غبار، آب یا رطوبت را جذب کند و این نیز نیاز به فرآیندهای نگهداری مانند روغن کاری مجدد را از بین می برد. آنها همچنین در برابر آب مقاوم هستند، بنابراین می توان آنها را به طور منظم شستشو داد.

برنامه های کاربردی با ارزش بالا

بنابراین، آیا سرمایه گذاری در بلبرینگ های سرامیکی برای محیط های پزشکی ارزشش را دارد؟ هنوز کاربردهای خاصی وجود دارد که سرعت و دقت فولاد در آنها بسیار مهم است، مانند ربات‌های جراحی. با این حال، موارد دیگری وجود دارد که استفاده از اجزای اشتباه در چنین تجهیزات پزشکی یا آزمایشگاهی می‌تواند شرایط مطالعه را آلوده کند یا باعث شود مطالعه به طور کامل متوقف شود.

در عوض، سرمایه‌گذاری اضافی در بلبرینگ‌های سرامیکی می‌تواند به اطمینان حاصل شود که ربات‌های پزشکی با اثربخشی و طول عمر کار می‌کنند – به‌ویژه که آنها «بیشتر به‌عنوان همراهانی که حمایت عاطفی را ارائه می‌کنند، نه به‌عنوان ابزار دیده می‌شوند».