Con la continua miniaturizzazione e l’aumento della precisione delle apparecchiature mediche, il ruolo dei motori, che ne costituiscono la fonte di azionamento, sta diventando sempre più importante di anno in anno. Attualmente, i motori sono integrati in molti dispositivi utilizzati in ambito medico, come apparecchiature odontoiatriche, endoscopi, pipette elettroniche e robot di assistenza chirurgica, e vengono impiegati come componenti fondamentali a sostegno delle loro funzioni e prestazioni.I motori integrati nelle apparecchiature mediche tendono ad essere soggetti a requisiti più elevati rispetto ai normali motori industriali. Per garantire la precisione di funzionamento richiesta dall’apparecchio, è necessario scegliere il motore più adatto all’applicazione specifica, che garantisca rotazione fluida, basse vibrazioni, lunga durata e dimensioni ridotte.In questo articolo illustreremo le principali applicazioni dei motori nelle apparecchiature mediche, le prestazioni richieste e i punti chiave da tenere a mente nella scelta del prodotto. Speriamo che possa essere d’aiuto a chi si occuperà dello sviluppo di apparecchiature mediche in futuro.
| A cura di: Gruppo Commerciale Componenti Elettronici, C.I. TAKIRON Corporation Questo articolo è stato curato sulla base delle competenze tecniche avanzate e delle conoscenze acquisite nel corso degli anni, sin dalla fondazione dell’azienda nel 1919, come leader nel settore della lavorazione delle materie plastiche.Il nostro reparto analizza costantemente le tendenze di mercato e le ultime tecnologie relative ai micromotori ultracompatti e ad alta precisione, concentrandosi sulla fornitura di informazioni di alto valore aggiunto a progettisti e sviluppatori. In qualità di team di esperti che conosce a fondo le caratteristiche dei prodotti, ti aiutiamo a risolvere le tue sfide e a promuovere l’innovazione tecnologica attraverso contenuti accurati e pratici. |
Applicazioni tipiche dei motori nei dispositivi medici
I motori integrati nelle apparecchiature mediche fungono da fonte di azionamento che ne garantisce il funzionamento. Gli strumenti odontoiatrici, gli endoscopi e le pipette elettroniche sono tutti dispositivi tipici progettati proprio per funzionare grazie all’azionamento dei motori.Le apparecchiature utilizzate in ambito medico coprono un ampio spettro di applicazioni, dall’assistenza respiratoria agli esami e alle cure, e in ognuna di esse è presente la tecnologia di azionamento dei motori. Il ruolo che i motori svolgono in ciascuna apparecchiatura varia a seconda dell’uso. Ti illustreremo una per una le apparecchiature più comuni, spiegandoti in quali parti del dispositivo vengono utilizzati i motori.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Azionamento rotativo degli strumenti all’avanguardia nelle apparecchiature odontoiatriche
- Azionamento di precisione del meccanismo della punta dell’endoscopio
- Controllo preciso del volume dei liquidi con le pipette elettroniche
Vediamo quali sono le funzioni specifiche che i motori svolgono in ciascun dispositivo, in base alle rispettive applicazioni.
Azionamento rotativo degli strumenti all’avanguardia nelle apparecchiature odontoiatriche
Per azionare la rotazione degli strumenti di punta nelle apparecchiature odontoiatriche si usa un micromotore integrato nel manipolo. Ha il compito di far ruotare in modo veloce e stabile strumenti come frese e alesatori, ed è la parte che determina il risultato finale del trattamento. La velocità di rotazione dei micromotori dentali (motori elettrici dentali) va da circa 100 a 40.000 giri al minuto; esistono modelli che permettono di scegliere le caratteristiche di rotazione in base al tipo di trattamento, dalla terapia canalare alla fresatura.Dato che il manipolo dell’apparecchio odontoiatrico viene tenuto in mano dall’operatore e manovrato all’interno del cavo orale, le dimensioni compatte e una potenza stabile, che garantiscano una buona maneggevolezza, sono requisiti fondamentali nella progettazione. Mentre per la fresatura e la levigatura servono velocità di rotazione elevate, la terapia canalare richiede un controllo preciso della rotazione; per questo si adottano design che permettono di scegliere la gamma di rotazione più adatta al tipo di trattamento.Nelle cure dentistiche, le vibrazioni che si propagano attraverso l’osso mascellare e il rumore della rotazione del trapano sono i principali fattori che causano ansia al paziente. Nella progettazione del manipolo è quindi fondamentale prestare attenzione anche alla silenziosità e alla riduzione delle vibrazioni. A garantire sia la qualità del trattamento che il comfort del paziente è la prestazione del motore, che aziona in modo fluido gli strumenti all’estremità.
Azionamento di precisione del meccanismo della punta dell’endoscopio
Per il comando di precisione dei meccanismi della punta dell’endoscopio, serve una tecnologia che permetta di azionare più meccanismi all’interno del tubo sottile che viene inserito nel corpo. Sulla punta sono posizionati un sensore di immagine di piccole dimensioni e una lente obiettivo, mentre il meccanismo di flessione, che permette di cambiare la direzione di osservazione, si muove su e giù e a destra e a sinistra in sincronia con la manopola angolare sul pannello di controllo.Gli endoscopi vengono utilizzati per l’osservazione e il trattamento all’interno del corpo, come nel tratto digestivo o nei bronchi, e nei videoscopi le immagini catturate dal sensore nella punta vengono trasmesse all’esterno sotto forma di segnali elettrici. Poiché la parte inseribile si muove lungo il percorso all’interno del corpo, l’azionamento del meccanismo della punta deve garantire sia un diametro ridotto che un funzionamento fluido.Per muovere il meccanismo della punta esattamente come previsto, sono necessari un motore compatto che stia in uno spazio limitato e caratteristiche di azionamento delicate e fluide.Dato che l’endoscopio viene usato sia per l’osservazione che per gli interventi, il meccanismo della punta deve garantire anche un funzionamento continuo e stabile. La stabilità del sistema di azionamento è un fattore determinante per la precisione degli esami e degli interventi. Le prestazioni di un motore in grado di funzionare in modo stabile anche in spazi interni ristretti sono fondamentali per la qualità dell’osservazione e la maneggevolezza dell’endoscopio.
Controllo preciso del volume dei liquidi con le pipette elettroniche
Il controllo preciso del volume dei liquidi nelle pipette elettroniche si basa su un meccanismo in cui il pistone interno è azionato da un motore.Vengono utilizzate nei laboratori di ricerca e sviluppo e nelle analisi cliniche, dove è fondamentale poter gestire con precisione anche piccole quantità di liquido. Esistono modelli progettati per aspirare e dispensare liquidi in un intervallo di volume compreso tra 0,5 μL e 10 mL; il pistone si muove in base alle operazioni effettuate, garantendo risultati altamente riproducibili.Le pipette elettroniche consentono di impostare il volume di erogazione tramite comandi digitali e, grazie alla loro struttura che permette di riprodurre ripetutamente le stesse condizioni, riducono la variabilità tra un esperimento e l’altro. Le funzioni svolte dal motore nelle pipette elettroniche sono le seguenti.
| Funzionamento | Cosa fa il motore |
| Aspirazione | Tira il pistone per aspirare il liquido |
| Dosaggio | Premi il pistone per far uscire il liquido |
| Arresto | Ferma il pistone per determinare la quantità di liquido |
Grazie al controllo preciso di questi movimenti, la pipetta elettronica garantisce una precisione di dosaggio costante. Un’altra caratteristica del sistema elettronico è la possibilità di regolare con precisione la velocità di aspirazione e di dosaggio. Negli esperimenti in cui si maneggiano piccole quantità di liquido, la precisione del sistema a pistone è fondamentale per garantire l’affidabilità dei risultati delle misurazioni.
Le tre caratteristiche richieste ai motori dei dispositivi medici
I motori per dispositivi medici devono soddisfare requisiti specifici, diversi da quelli industriali, per garantire la precisione e la stabilità di funzionamento delle apparecchiature. Caratteristiche di azionamento fluide con minime variazioni di rotazione, una progettazione che garantisca una lunga durata anche in caso di funzionamento prolungato e dimensioni ridotte che consentano l’installazione all’interno delle apparecchiature sono parametri prestazionali comuni a molti dispositivi, indipendentemente dall’applicazione.Per scegliere un motore che soddisfi le prestazioni richieste, è utile comprendere le differenze nelle caratteristiche delle diverse strutture. Ti spiegherò le prestazioni richieste ai motori per dispositivi medici, suddividendole per aspetto.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Caratteristiche di rotazione fluide con un minimo di a-step
- Un design a lunga durata che garantisce un funzionamento a lungo termine
- Riduzione delle dimensioni per adattarsi a spazi limitati
Vediamo insieme i tre requisiti prestazionali che costituiscono i criteri di riferimento per la scelta del motore, insieme al contesto in cui si inseriscono.
Caratteristiche di rotazione fluide con un minimo di a-step
Una rotazione fluida con un effetto cogging ridotto è una delle caratteristiche che i motori per apparecchiature mediche devono avere.Il cogging è quell’irregolarità di rotazione che si verifica nei motori con nucleo in ferro. I motori coreless, invece, non hanno un nucleo in ferro, quindi il cogging causato dall’attrazione dei magneti è praticamente inesistente: girano in modo fluido e riescono a ridurre al minimo vibrazioni e rumore.Il cogging è un fenomeno in cui la coppia varia a seconda della posizione di rotazione e si manifesta come pulsazioni o vibrazioni durante la rotazione a bassa velocità. I motori senza nucleo, non avendo un nucleo di ferro, hanno un’inerzia ridotta nelle parti rotanti; di conseguenza, hanno una risposta rapida all’avvio e all’arresto e seguono in modo fluido anche le variazioni di velocità più sottili.I motori senza nucleo, dotati di elevata reattività e controllabilità, sono progettati appositamente per applicazioni mediche come endoscopi e apparecchiature odontoiatriche. Per dispositivi che richiedono movimenti delicati, come il controllo della portata delle pompe per infusione o l’azionamento degli endoscopi, la fluidità di rotazione è una caratteristica fondamentale che garantisce la precisione di controllo.
Un design a lunga durata che garantisce un funzionamento a lungo termine
Un design che garantisca una lunga durata per un funzionamento prolungato è un elemento fondamentale da considerare nella scelta dei motori per le apparecchiature mediche. Tra queste ci sono dispositivi che funzionano 24 ore su 24 e altri per cui non è ammesso alcun guasto durante l’uso; per questo è necessaria una struttura che assicuri una lunga durata e riduca la frequenza della manutenzione.Dato che fermare l’apparecchio ogni volta che si deve fare manutenzione può creare problemi durante gli esami o le cure, c’è una forte richiesta di strutture che riducano la frequenza delle sostituzioni e delle regolazioni. Una progettazione che non preveda la sostituzione periodica dei componenti aiuta anche a ridurre il carico di lavoro operativo. Ecco alcune tecniche di progettazione che contribuiscono a garantire una lunga durata:
[Esempi di progettazione a sostegno di una maggiore durata]
- L’uso di motori CC senza spazzole, che riducono al minimo il contatto meccanico
- Utilizzo di cuscinetti di alta qualità
- Una struttura altamente efficiente per ridurre il surriscaldamento
I motori CC senza spazzole, grazie alla loro struttura priva di spazzole, non subiscono l’usura causata dallo sfregamento tra spazzole e commutatore, riducendo così le parti soggette a usura.Nei dispositivi che eseguono ripetutamente movimenti minuscoli, una progettazione di alta precisione che riduca il gioco causato dall’usura e dall’invecchiamento è un fattore fondamentale per garantire una lunga durata. Per mantenere un funzionamento stabile del dispositivo nel lungo periodo, la progettazione orientata alla durata è un aspetto importante nella valutazione del motore.
Riduzione delle dimensioni per adattarsi a spazi limitati
La miniaturizzazione per adattarsi a spazi limitati è una caratteristica richiesta comunemente ai motori delle apparecchiature mediche. All’interno di queste apparecchiature sono stipati numerosi componenti, come schede elettroniche, sensori e sistemi di raffreddamento, quindi lo spazio che si può dedicare al motore è molto ridotto.A seconda dell’apparecchio, può essere necessario alloggiare all’interno anche lo spazio per lo stoccaggio dei liquidi farmaceutici o i tubi di collegamento, il che limita ulteriormente l’area disponibile per il motore. Per questo motivo, è necessario un design ad alta densità di potenza in grado di generare la coppia necessaria anche in dimensioni ridotte. I motori compatti e ad alta densità di potenza sono fondamentali per rendere l’intero dispositivo più compatto e aumentare la libertà di progettazione.Se è possibile scegliere una tensione di alimentazione del motore piuttosto bassa, si può semplificare la struttura di isolamento richiesta, contribuendo così a migliorare l’efficienza in termini di costi e a risparmiare spazio. Fin dalla fase di progettazione delle dimensioni esterne e del layout interno dell’apparecchiatura, l’equilibrio tra le dimensioni e la potenza del motore determina il livello di completamento del prodotto.
3 punti da tenere a mente nella scelta dei motori per dispositivi medici
Quando si tratta di scegliere un motore da integrare in un dispositivo medico, è necessario seguire un processo che valuti in modo completo i requisiti d’uso dell’apparecchio, la conformità alle norme internazionali e l’organizzazione dal fase di sviluppo fino alla produzione in serie.Negli ultimi anni la domanda è cresciuta in settori che richiedono un controllo di posizione preciso, come i robot chirurgici, e le prestazioni richieste ai motori sono diventate sempre più sofisticate. Verificare ogni aspetto fin dalle prime fasi è fondamentale per far procedere lo sviluppo secondo i piani. Di seguito ti spiego, in ordine, i punti chiave da tenere a mente per portare avanti lo sviluppo del prodotto in modo sicuro.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Scegli un motore con caratteristiche adatte all’uso che ne devi fare
- Verificare la conformità agli standard internazionali
- Scegli un sistema in grado di supportarti dalla fase di prototipazione fino alla produzione in serie
Vediamo insieme i tre punti chiave che ti aiutano a scegliere il motore giusto, insieme al contesto di ciascuno.
Scegli un motore con caratteristiche adatte all’uso che devi farne
Scegliere un motore con caratteristiche tecniche adatte all’applicazione è il punto di partenza per lo sviluppo di dispositivi medici. Le caratteristiche di rotazione, la coppia e le dimensioni richieste variano a seconda del dispositivo, quindi è necessario ottimizzarle in base all’uso previsto. Ecco una sintesi delle principali applicazioni e dei requisiti tecnici:
| Applicazioni | Tendenze nelle specifiche richieste |
| Apparecchiature odontoiatriche | Caratteristiche di azionamento adatte alle gamme di rotazione elevate |
| Endoscopio | Dimensioni compatte e azionamento a basse vibrazioni |
| Robot di assistenza chirurgica | Controllo di posizione ad alta precisione e coppia elevata |
Quando si tratta di ottimizzare le specifiche, non basta considerare solo i valori di velocità e coppia: è fondamentale anche scegliere il tipo di motore più adatto all’applicazione. Motori con struttura diversa, come quelli senza nucleo o i motori CC con spazzole, vengono utilizzati in base alle rispettive caratteristiche operative.Nei robot chirurgici, i motori che azionano endoscopi (telecamere) e pinze svolgono un ruolo fondamentale nel garantire un posizionamento preciso. Valutare attentamente le caratteristiche dell’apparecchiatura e scegliere con cura il tipo e le specifiche del motore è fondamentale per ottenere le prestazioni desiderate dal prodotto.
Verificare la conformità agli standard internazionali
Verificare la conformità alle norme internazionali è una fase fondamentale nello sviluppo dei dispositivi medici. Per le apparecchiature elettromedicali, la norma IEC 60601-1 è lo standard internazionale di riferimento per la progettazione e definisce i requisiti relativi alla sicurezza di base e alle prestazioni fondamentali. Tra i punti principali richiesti dalla norma IEC 60601-1 ci sono i seguenti:
[Punti principali richiesti dalla norma IEC 60601-1]
- Protezione dai rischi elettrici
- Protezione dai rischi meccanici
- Protezione dai rischi legati alla temperatura
- EMC (compatibilità elettromagnetica)
- Mantenimento delle prestazioni di base
Sebbene la norma IEC 60601-1 non definisca le specifiche dei singoli motori, la scelta dei motori da integrare nelle apparecchiature mediche influisce sulla progettazione della sicurezza complessiva dell’apparecchio, sia dal punto di vista della protezione dai rischi elettrici e termici, sia dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica (EMC) prevista dalla norma correlata IEC 60601-1-2.Ad esempio, scegliendo una tensione di azionamento più bassa, a volte è possibile semplificare la struttura di isolamento richiesta.Dato che il motore è anche una fonte di calore nelle apparecchiature elettriche mediche, un azionamento ad alta efficienza è efficace per gestire i problemi legati alla temperatura. Inoltre, poiché sia il motore che il circuito di azionamento possono generare rumore, dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica (EMC) è necessario verificare anche il tipo e il metodo di azionamento. Scegliere le specifiche tenendo conto dei requisiti della norma aiuta a ottenere la certificazione per l’intero dispositivo.
Scegli un sistema in grado di supportarti dalla fase di prototipazione fino alla produzione in serie
Scegliere un partner in grado di supportarti dalla fase prototipale alla produzione in serie ti aiuta a far procedere lo sviluppo senza intoppi. Nello sviluppo di dispositivi medici, collaborare con un produttore di motori che possa supportarti in modo completo, dalla fase di ideazione alla produzione in serie, è efficace sia per far avanzare lo sviluppo che per garantire la qualità.Se riesci a consultare il produttore fin dalle prime fasi di sviluppo, puoi adeguare le specifiche e individuare le difficoltà in anticipo, riducendo così i ritardi nelle fasi successive. Ecco alcuni aspetti da verificare con il tuo partner di collaborazione:
[Dettagli del supporto da verificare con il produttore]
- Proposte di specifiche basate sui prodotti standard
- Soluzioni personalizzate in base alle tue esigenze
- Fornitura di campioni di prova
- Assistenza tecnica durante la fase di sviluppo
Nello sviluppo di dispositivi medici e apparecchiature analitiche, un sistema in grado di gestire ogni fase – dall’ascolto delle esigenze alla proposta di prodotti standard o su misura, fino alla fornitura di documentazione e campioni – è fondamentale per supportare il lavoro dei responsabili dello sviluppo.Anche quando i prodotti standard non riescono a soddisfare le esigenze, se c’è un sistema in grado di proporre soluzioni personalizzate adatte all’uso previsto, si possono limitare le modifiche alla progettazione dell’apparecchio. Scegliere un produttore in grado di fornire il supporto necessario è fondamentale per garantire che l’intero processo di sviluppo proceda senza intoppi.
Riepilogo
I motori utilizzati nelle apparecchiature mediche sono componenti fondamentali che sostengono il funzionamento dei dispositivi, ad esempio per azionare la rotazione degli strumenti di punta nelle apparecchiature odontoiatriche, per il controllo di precisione dei meccanismi di punta negli endoscopi o per la regolazione precisa del volume dei liquidi nelle pipette elettroniche.Le prestazioni richieste sono, in particolare, una rotazione fluida con cogging ridotto, una progettazione a lunga durata che garantisca un funzionamento prolungato e dimensioni compatte per adattarsi a spazi limitati. Nella scelta, i tre criteri fondamentali sono la conformità ai requisiti d’uso, la conformità alle norme internazionali e la disponibilità di un sistema di supporto che copra tutte le fasi, dalla prototipazione alla produzione in serie.I motori senza nucleo si distinguono per la loro struttura priva di nucleo di ferro, che garantisce una rotazione quasi priva di cogging e una risposta eccellente sia in avvio che in arresto. C.I. TAKIRON Corporation propone micromotori per dispositivi medici, con particolare attenzione ai motori senza nucleo. Se hai dubbi sulla scelta dei motori per i tuoi dispositivi medici, non esitare a contattarci tramite il modulo di contatto.
Informazioni sui prodotti e richieste di informazioni
Per maggiori dettagli sui micromotori di C.I. Takiron, dai un’occhiata al sito web qui sotto.
- Sito del prodotto: https://cik-ele.com/
- Motori senza nucleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motori brushless: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motoriduttore: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Se hai difficoltà a scegliere il motore compatto giusto per lo sviluppo del tuo prodotto, non esitare a contattarci tramite il modulo di richiesta. Un nostro tecnico valuterà l’applicazione e le tue esigenze per proporti la soluzione più adatta.
- Contatti: https://cik-ele.com/contact/
