Rodamientos cerámicos para robots médicos.

Aug 16, 2023

por Chris Johnson

13 junio 2023

14:00

Chris Johnson, director general del proveedor especializado de rodamientos cerámicos SMB Bearings, explica por qué los rodamientos cerámicos de alta precisión son la respuesta.

Foto de Phonlamai Shutterstock

Sala de cirugía de renderizado 3D con cirugía robótica y cama vacía

Los robots están aumentando en los entornos médicos y se confía cada vez más en ellos para realizar procedimientos más complejos. Aunque se han preferido los aceros inoxidables martensíticos para rodamientos en aplicaciones de robots, su rendimiento no cumple con los crecientes estándares para prevenir la contaminación en entornos médicos.

El analista GlobalData predice que el mercado de la robótica médica aumentará de 4.700 millones de dólares en 2020 a 14.500 millones de dólares en 2030, y esos robots "se presentarán más como compañeros que brindan apoyo emocional, en lugar de ser vistos como herramientas". La cita se refiere a que la inteligencia artificial (IA) es cada vez más avanzada, lo que permite a los robots ofrecer cada vez más apoyo terapéutico a los pacientes de maneras que hoy no podemos imaginar, y contrarrestar la escasez de personal.

Desde robots de asistencia quirúrgica que ayudan a realizar cirugías mínimamente invasivas hasta robots terapéuticos equipados con inteligencia artificial que se utilizan en la rehabilitación de lesiones y parálisis, los robots médicos han recorrido un largo camino desde que se introdujeron por primera vez tecnologías simples de brazos robóticos en la década de 1980. Aunque los robots quirúrgicos son cada vez más baratos, las aplicaciones médicas modernas también exigen de estos robots capacidades de mayor precisión y velocidad.

Tradicionalmente, en los instrumentos médicos, los cojinetes (que optimizan la rotación de ejes como los brazos de los robots limitando o evitando la fricción y las sacudidas) se fabricaban con metales de alta pureza, como el acero inoxidable martensítico. Los ejemplos incluyen robots médicos que ayudan a realizar cirugías mínimas donde se requiere la máxima precisión. Los rodamientos de los robots quirúrgicos deben ofrecer la mayor precisión de rotación posible y, al mismo tiempo, ser lo suficientemente pequeños como para caber en estos dispositivos hospitalarios, a menudo compactos y portátiles.

Sin embargo, los rodamientos de acero tienen limitaciones, incluida la contaminación. Si bien los rodamientos de acero son resistentes y capaces de soportar ambientes altamente corrosivos, son susceptibles a la contaminación por partículas debido a las muy altas presiones de contacto contra el acero dentro del rodamiento mientras se mueve. Si no se controla, esta contaminación puede causar abolladuras y desgaste.

Por supuesto, la contaminación en general es inaceptable en entornos de salud y seguridad. A medida que los robots se vuelven más frecuentes en las aplicaciones médicas, las regulaciones se vuelven más estrictas para prevenir la contaminación.

Reemplazo de acero

La necesidad de evitar la contaminación va acompañada de otros requisitos de diseño, como altas velocidades, bajo nivel de ruido y propiedades no magnéticas. Por ejemplo, debido a que los escáneres de resonancia magnética (MRI) utilizan un fuerte campo magnético para generar imágenes bidimensionales o tridimensionales de cualquier sujeto vivo, los cojinetes de acero no se pueden utilizar debido a sus propiedades magnéticas.

Todos estos factores influyen en la elección del material para los rodamientos en entornos médicos, pero ¿qué material puede sustituir al acero? El sector de equipos médicos elige cada vez más rodamientos fabricados exclusivamente de circonio (ZrO2) u otros compuestos cerámicos exóticos. Según el Instituto de Materiales, Minerales y Minería, “los rodamientos cerámicos fabricados con ZrO₂ son resistentes y tienen propiedades de expansión similares a las del acero cromado y el acero inoxidable 440, aunque son un 30% más ligeros”.

De hecho, los rodamientos de precisión totalmente cerámicos son más duros que el acero, con una resistencia superior a la corrosión y al calor, mayor estabilidad dimensional y menor densidad. Sin embargo, los rodamientos cerámicos son caros. Este es un gran problema para los institutos de salud que operan con presupuestos ajustados, por lo que la decisión de invertir en ellos debe ser bien considerada. Afortunadamente, los rodamientos cerámicos ofrecen varias ventajas para entornos médicos.

Una es que los rodamientos no reaccionan a los productos químicos. Eso significa que no se corroen ni se debilitan cuando se los somete a productos químicos agresivos utilizados para la esterilización en los hospitales. La cerámica no requiere lubricación que, de otro modo, atraería contaminantes como polvo, agua o humedad, y esto también elimina la necesidad de procesos de mantenimiento como la relubricación. También son resistentes al agua, por lo que se pueden lavar con regularidad.

Aplicaciones de alto valor

Entonces, ¿vale la pena invertir en rodamientos cerámicos para entornos médicos? Todavía hay determinadas aplicaciones en las que la velocidad y la precisión del acero son cruciales, como en los robots quirúrgicos, por ejemplo. Sin embargo, hay otros casos en los que el uso de componentes incorrectos en dichos equipos médicos o de laboratorio puede contaminar las condiciones del estudio o hacer que el estudio se detenga por completo.

En cambio, la inversión adicional en rodamientos cerámicos puede ayudar a garantizar que los robots médicos funcionen con eficacia y longevidad, especialmente porque "se consideran más compañeros que brindan apoyo emocional, en lugar de ser vistos como herramientas".

por Chris Johnson

13 junio 2023

14:00