O surgimento das cirurgias minimamente invasivas gerou a demanda por dispositivos capazes de realizar operações de preensão e corte de alta precisão, necessárias para procedimentos como a remoção de tumores ou microcirurgias retinianas.
Na área de dispositivos miniaturizados, como os sistemas microeletromecânicos (MEMS), as ações de corte e preensão são frequentemente realizadas por meio de dois atuadores operando simetricamente entre dois efetores finais.
No entanto, enfrenta-se a dificuldade de projetar um motor capaz de gerar diretamente dois movimentos lineares simétricos. Apesar de haver diversos projetos que tentam alcançar essa capacidade, os resultados costumam ser complexos e volumosos, além de oferecerem cursos de movimento e forças de saída limitadas.
Zhanmiao Li e sua equipe da Universidade de Pequim, na China, decidiram abordar esse desafio ao desenvolver um novo mecanismo de acionamento, permitindo movimentos simétricos altamente precisos em uma ampla faixa de movimento.
A solução encontrada pela equipe envolve a utilização de dois rotores acionados por um único estator ou um atuador piezoelétrico, mantendo a abordagem compacta e integrada.
(Foto: Zhanmiao)
Motor de atuação simétrica
O Motor Linear de Atuação Simétrica Ultrassônico Piezocerâmico (SLPUM) é capaz de gerar movimentos simétricos bidirecionais de um par de tesouras sem a necessidade de complexos mecanismos de transmissão adicionais.
A abordagem principal envolve o uso de uma barra de cerâmica piezoelétrica, composta por uma matriz de 2 x 3 unidades, que opera em um modo ressonante acoplado entre o primeiro modo longitudinal (L1) e o terceiro modo de flexão (B3). Isso resulta na produção de trajetórias elípticas de movimento simétrico em direções opostas nas duas extremidades da barra.
Por meio do acoplamento de fricção, esses movimentos elípticos simétricos podem ser convertidos em movimentos síncronos e opostos de dois motores com a mesma velocidade, representando uma inovação significativa em relação ao princípio tradicional onde um estator aciona apenas um atuador.
Além disso, essa abordagem de atuação simétrica resulta em uma duplicação da eficiência de trabalho do motor piezoelétrico.
(Foto: Zhanmiao)
A fim de destacar a utilidade prática do protótipo no contexto de robôs médicos, a equipe implementou um par de tesouras para microcirurgias nos controles deslizantes do motor, permitindo a realização de operações de alta precisão com uma notável força em comparação com abordagens convencionais.
“Para validar sua eficácia, empregamos o protótipo em experimentos diversos, abrangendo cenários de aplicação variados, como o corte de fios de cobre, tecido suíno, cortes de carne bovina e intestinos, entre outros. Dessa forma, o motor tem potencial para ser empregado em robôs microcirúrgicos para execução de tarefas como preensão de alta precisão e corte cirúrgico. A estratégia de design delineada neste estudo introduz uma nova trajetória para o desenvolvimento futuro de dispositivos microeletromecânicos piezoelétricos,” afirmou a equipe de pesquisa.
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