O mundo em expansão da miniaturização

Ray Chalmers | 22 de dezembro de 2022

Contemplar os exemplos crescentes de miniaturização em todo o mundo do design e produção de produtos traz à mente o ditado: “A forma segue a função”. Num número crescente de casos, a redução das formas é cada vez menos uma barreira formidável à melhoria das funções. Algumas categorias industriais óbvias que mais se beneficiam da miniaturização de componentes e da redução de peso em motores, engrenagens, atuadores, controles de movimento, sensores e muito mais são robótica móvel, ciências biológicas (especialmente onde o dispositivo pode ser implantado ou transportado pelo usuário), mercados aeroespacial, militar e de transporte. O impacto potencial sobre a humanidade é enorme.

Peter van Beek, gerente de desenvolvimento de negócios da maxon (especialista em sistemas de acionamento com sede na Suíça), diz que para sua empresa o limite da miniatura está na faixa de 4 a 8 mm de diâmetro. “Os componentes utilizados para esses diâmetros são considerados miniaturizados”, afirma. “A fabricação de peças nesses tamanhos é principalmente feita sob medida, pois as técnicas clássicas de usinagem não são possíveis.”

De acordo com van Beek, a maxon começou com aplicações de 6 mm há muitos anos, mas os projetos iniciais não atenderam às expectativas da maxon. “Agora, após 15 anos de melhorias adicionais no projeto, esse mesmo conjunto de acionamento possui valores sólidos de torque e velocidade. As tecnologias de enrolamento e ímã melhoraram, resultando em mais potência.” Os pares multipolares também aumentaram o torque deste motor.

Resumindo, tudo precisa estar reunido em um design para obter energia suficiente de pequenos dispositivos, acrescenta van Beek. O atrito precisa ser minimizado mesmo em velocidades de até 100.000 rpm. Os parceiros de deslizamento (dois materiais) precisam ser compatíveis. Isso poderia envolver tratamentos de superfície em aços para melhorar a microestrutura superficial, uso de cerâmica ou interfaces gema com gema. Para peças de encaixe dinâmico, a maxon analisa e seleciona os materiais emparelhados ideais combinados com a melhor dureza e rugosidade superficial.

A Procyrion e a maxon trabalharam em colaboração durante vários anos através do desenvolvimento da bomba de sangue intra-aórtica Aartix, que está atualmente sendo avaliada em ensaios clínicos. Um cardiologista entrega Aórtica, que mede apenas ~6 mm de diâmetro e 6,5 cm de comprimento, através de um cateter introduzido na artéria femoral e avançado até a aorta torácica descendente. Depois que a bainha do cateter é retraída, os suportes autoexpansíveis de níquel-titânio são implantados para estabilizar a entrada da bomba no centro da aorta. Aortix acelera uma parte do fluxo sanguíneo nativo do corpo dentro da bomba e o empurra através das portas de entrada de fluido direcionadas a jusante. O dispositivo auxilia na manutenção do fluxo aórtico nativo, transferindo energia para o sistema cardiovascular e assim descansando o coração e aumentando o fluxo sanguíneo para os rins e outros órgãos. Num modelo pré-clínico de insuficiência cardíaca crónica, o Artix diminuiu a utilização de energia necessária ao coração em 39%, ao mesmo tempo que aumentou a sua produção em 14%, permitindo potencialmente que o coração funcionasse de forma mais eficiente e possivelmente incentivando a reabilitação e recuperação cardíaca. Em condições semelhantes, o Artix aumentou a pressão arterial e o fluxo arterial renal em mais de 30%. Esse benefício pode auxiliar no tratamento da insuficiência cardíaca, na qual os rins desempenham um papel importante.

O acionamento que alimenta o Artix é o motor EC sem escova de 6 mm da maxon com cabos elétricos, comprimento de eixo e rolamentos personalizados. A maxon também projetou uma carcaça biocompatível em formato de torpedo para o motor. O design integrado do motor, da bomba e do fluxo sanguíneo através da bomba foi concebido para permitir que a bomba opere por longos períodos no sangue. Neste projeto, o motor e a bomba do impulsor são acoplados magneticamente, permitindo que o motor seja montado dentro de uma câmara hermeticamente selada enquanto a bomba do impulsor está em contato direto com o sangue bombeado. O arranjo de bombas acopladas magneticamente é um método usado às vezes para bombas gigantes no campo de petróleo, mas devido à ampla experiência da maxon em vários setores, a empresa conseguiu ajudar a equipe da Procyrion a transferir com sucesso essa tecnologia para uma aplicação médica em escala miniatura.