Maximale chirurgische Präzision Die Rolle von Miniaturmotoren in der robotergestützten Chirurgie

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Portescap S.A.

FAULHABER SA

Die robotergestützte Chirurgie spielt heute eine entscheidende Rolle im Operationssaal. Im Vordergrund der Überlegungen bei der Herstellung von chirurgischen Robotern steht jedoch die Notwendigkeit von Motoren, die sowohl Geschicklichkeit als auch Leistung unterstützen und gleichzeitig eine kompakte Bauform haben.

In den letzten Jahren hat die chirurgische Robotik einen signifikanten Schub nach vorne gemacht, chirurgische Paradigmen neu gestaltet und ein Mass an Flexibilität und Präzision geboten, das die menschlichen Fähigkeiten übertrifft. Mit der kontinuierlichen Diversifizierung der chirurgischen Methoden von der Orthopädie bis hin zu weniger invasiven gängigen Eingriffen steigt die Nachfrage nach vielseitigen, anwendungsgerechten Motorlösungen.

Chirurgische Robotik: Herausforderungen für den Motor

Herkömmliche Motoren, die typischerweise in chirurgischen Umgebungen verwendet werden, haben oft konstruktionsbedingte Einschränkungen, insbesondere hinsichtlich ihrer Grösse, was zu Kompromissen im Aufbau von Roboterarmen führen kann. Darüber hinaus arbeiten sie mit gewickelten Eisenkernen, was Probleme wie Rastmomente oder eine unerwünschte pulsierende Kraft mit sich bringt, die durch die Anziehung zwischen den Magneten des Motors und den Eisenkernwicklungen verursacht wird, was den reibungslosen Betrieb beeinträchtigen kann. In einem Bereich wie der chirurgischen Robotik, in dem jede Mikrobewegung zählt, kann sich selbst das geringste Ruckeln negativ auswirken.

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Ein weiteres Problem, das herkömmlichen Motoren innewohnt, ist die erhebliche Wärmeentwicklung während des Betriebs. Die übermässige Hitze ist das Ergebnis von Widerstands­verlusten in der Wicklung und Kernverlusten im Eisen, was potenzielle Risiken für die Patientensicherheit darstellt. Darüber hinaus kann es die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit anderer integrierter empfindlicher elektronischer Komponenten beeinträchtigen und gleichzeitig die Gesamt­effizienz des Robotersystems verringern.

Nutenlose Motoren im OP

Bürsten- und nutenlose Gleichstrommotoren (BLDC) sind hier eine innovative Lösung, die höchste Leistung in einem kompakten Design bietet und sich daher besonders für die chirurgische Robotik eignet. Diese Motoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf die traditionell restriktive, sperrige Bauweise ihrer traditionellen Pendants verzichten. Durch den Wegfall von Eisenkernwicklungen haben sie ein schlankeres Design, das Platz spart und eine kompakte Grösse und Agilität ermöglicht, ohne Kompromisse bei Leistung oder Präzision einzugehen.

Ein weiterer deutlicher Vorteil der nutenlosen BLDC-Motoren ist die Abwesenheit jeglicher Rastmomente. Es gibt keine Eisenkernwicklungen, um die inneren Magnete anzuziehen, was sich in besserer Präzision, gleichbleibender Kraft und einem breiteren dynamischen Bereich niederschlägt – Eigenschaften, die für chirurgische Eingriffe unverzichtbar sind.

Nutenlose BLDC-Motoren haben ausserdem den Vorteil, dass sie dank des Fehlens von Eisenkernwicklungen effizienter und mit minimaler Wärmeentwicklung arbeiten. Dadurch wird sichergestellt, dass der Operationsbereich stabil bleibt und keine störenden Temperaturschwankungen auftreten, wodurch die Sicherheit des Patienten während des Eingriffs gewährleistet ist und hitzebedingte Schäden an den Komponenten des Roboters minimiert werden.

Ultra EC – die Evolution in Präzision und Leistung

Die kernlosen, bürstenlosen Gleichstrommotoren Ultra EC von Portescap, die in kompakten Durchmessern von 22 mm oder 30 mm erhältlich sind, bilden die Quintessenz des technologischen Fortschrittes im Bereich der robotergestützten Chirurgie.

Diese präzisionsgefertigten BLDC-Motoren bewältigen anspruchsvolle Aufgaben bei Drehzahlen von bis zu 30 000 U/min und liefern ein kontinuierliches Drehmoment von bis zu 133 mNm. Sie bestehen aus robustem Edelstahl in Kombination mit einem leichten Aluminiumflansch und bieten die unabdingbare Haltbarkeit für chirurgische Anwendungen. Die integrierten Hall-Sensoren bieten wichtiges Echtzeit-Feedback und gewährleisten eine unübertroffene Präzision ohne jegliche Fehlermarge. Ihre patentierte «U-Coil»-​Technologie bietet bis zu 30% mehr Dreh­moment als Motoren ähnlicher Grösse mit herkömmlichen Spulen, und die BLDC-​Motoren arbeiten darüber hinaus kühler und effizienter. Besonders hervorzuheben ist ihre Anpassungs­fähigkeit an medizinische Umgebungen. Während viele Motoren bis zu 1000 Autoklavierzyklen standhalten können, bieten Motoren der Ultra-EC-Reihe eine Widerstandsfähigkeit von mehr als 3000 Zyklen und gewährleisten eine gleichbleibende Sterilität.

Zusammenarbeit treibt Innovationen voran

Die dynamische Landschaft medizinischer Bewegungslösungen, insbesondere in der robotergestützten Chirurgie, erfordert eine Zusammenarbeit über die Grenzen technischer Spezialgebiete hinweg.

Die Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Miniaturmotoren mit umfassender Erfahrung in medizinischen Motorlösungen wie Portescap ermöglicht nicht nur optimale Ergebnisse, sondern stellt auch die präzise Anpassung sicher, die erforderlich ist, um die sich wandelnden Anforderungen des medizinischen Sektors zu erfüllen. Diese Zusammenarbeit treibt Innovationen voran, optimiert die Integration und fördert die Zusammenarbeit, was zu verbesserten Patienten­erholungszeiten und mehr Verfahrenseffizienz führt.

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