Robot chirurgico: quale legame tra micromotori e precisione dei movimenti

La chirurgia robotica è un sistema che consente al chirurgo di eseguire movimenti delicati e di alta precisione. Il robot chirurgico, però, non prende mai decisioni né esegue in autonomia incisioni. È il chirurgo che dice cosa fare al robot, il quale consente di avere una precisione maggiore rispetto alla sola mano umana.

Al cuore del sistema ci sono i micromotori DC  

L’obiettivo di qualsiasi sistema miniaturizzato è ottenere la massima precisione nel minimo spazio. Questo vale in particolar modo per il robot chirurgico, che dispone di un insieme di parti mobili che deve rispondere rapidamente e con accuratezza alla visione del chirurgo.  

I movimenti di precisione sono raggiunti con un sistema di micromotori DC e microriduttori DC. Al fine di ottenere un alto livello di precisione, i micromotori DC sono dotati di un set di magneti e bobine di alta qualità, integrati con lubrificanti speciali per ridurre gli effetti della torsione. 

 
Mentre i robot industriali sono progettati principalmente per automatizzare attività di fabbricazione su macro-scala ripetitive e pericolose, i robot medici sono pensati per l’impiego in ambienti e operazioni completamente diversi.  

I dispositivi robotici, che hanno una destrezza e una gamma di movimenti maggiori rispetto a un essere umano, consentono al chirurgo di eseguire con successo interventi delicati in luoghi difficili da raggiungere. Pertanto, a differenza dei tradizionali “vecchi” robot che sono costruiti con imponenti sistemi meccanici, i robot medici richiedono l’impiego di parti miniaturizzate e materiali intelligenti.  

Microrobot chirurgici, le nuove frontiere 

I progressi nei microrobot hanno consentito di realizzare dispositivi sempre più piccoli per la chirurgia di precisione. Con dimensioni comparabili con quelle delle entità biologiche che devono trattare, i microrobot offrono importanti vantaggi per la chirurgia mininvasiva ad alta precisione. Alimentati da diverse fonti di energia, i microrobot operano su scala nanometrica e sono in grado di penetrare o recuperare direttamente i tessuti cellulari per un intervento di precisione.  

A differenza delle loro grandi controparti robotiche, questi minuscoli robot possono navigare attraverso i capillari più stretti del corpo ed eseguire procedure fino al livello cellulare. I microrobot ad azionamento magnetico rappresentano poi una notevole promessa per interventi chirurgici in vivo minimamente invasivi, perché i campi magnetici permettono di penetrare in tessuti biologici spessi.  

Il problema del feedback tattile 

Mentre i sistemi di imaging avanzati, la loro capacità di utilizzare i dati della tomografia computerizzata o della risonanza magnetica e l’eleganza del design possono essere la parte più appariscente di un robot medico, sono i componenti interni piccoli e nascosti che forniscono al chirurgo la destrezza di cui ha bisogno per eseguire interventi complessi. Tuttavia, nei primi progetti di robot medici i chirurghi non avevano riscontri tattili. I medici non erano in grado di dire quanta forza avevano usato per suturare una ferita o quanta pressione avevano esercitato su un organo con uno strumento chirurgico. 

Il ruolo dei micromotori

La soluzione del problema di feedback tattile ha richiesto una grande quantità di lavoro in fase di progetto, utilizzando servomotori e micromotori DC lineari per controllare il movimento degli strumenti chirurgici. Tali motori sono estremamente piccoli, ma possono fornire una forza notevole.  

Per esempio, i micromotori DC brushless hanno un diametro da 16 mm e producono una coppia continua fino a 3,9 mNm. Altri includono encoder magnetici integrati e riduttori. Sono alimentati con una tensione fino a 24 V e hanno una velocità senza carico che può superare i 21.000 giri/min e una coppia di stallo che può superare i 35 mNm. 

Sono questi motori a fornire il movimento al robot chirurgico quando il chirurgo manipola i controlli manuali. 
L’elettronica gestisce i servomotori lineari e micromotori sotto il controllo del software. I controller cinematici, il rilevamento della posizione, il rilevamento della forza e gli estensimetri completano il sistema di feedback tattile, che fornisce oggi ai chirurghi le informazioni sensoriali tattili di cui hanno bisogno per operare senza toccare fisicamente il paziente. 

La precisione del movimento, anche se ripetitivo 

I robot hanno una capacità sovrumana di ripetere movimenti sempre esattamente allo stesso modo. Questo, per esempio, è estremamente utile negli interventi di trapianto di capelli.  

Il robot raccoglie i follicoli piliferi e quindi impianta le unità follicolari in aree mirate sul cuoio capelluto. Il rilevamento della forza integrato garantisce che il robot mantenga la forza desiderata durante la raccolta e l’impianto. 
I chirurghi hanno anche bisogno di mani estremamente stabili quando lavorano in aree delicate, come per esempio in procedure per il trattamento della cataratta che prevede la rimozione del cristallino, o della degenerazione maculare senile. Diversi test sono stati portati a termine con successo e, in alcuni casi, l’intervento con robot chirurgico è stato più efficace rispetto all’esecuzione manuale delle procedure 

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