Motor revolucionário de atuação simétrica produz efeito de tesoura

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/08/2023

Testes do motor-tesoura.
[Imagem: Zhanmiao Li et al. - 10.34133/research.0156]

Motores para microcirurgias

O advento das cirurgias minimamente invasivas gerou a necessidade de equipamentos capazes de executar operações de preensão (agarramento) e corte de precisão, necessárias para cortar tumores ou lidar com microcirurgias da retina, por exemplo.

No campo dos dispositivos miniaturizados, como os MEMS (sistemas microeletromecânicos), as operações de tesoura ou de preensão são essencialmente obtidas com dois atuadores agindo simetricamente entre dois efetores finais.

O problema é que é muito difícil conseguir que um motor gere diretamente dois movimentos lineares simétricos. Embora existam vários projetos que possam conseguir isto, o resultado é sempre complicado e grande, além de fornecer cursos de movimento e forças de saída muito limitados.

Zhanmiao Li e seus colegas da Universidade de Pequim, na China, dispuseram-se então a criar um novo mecanismo de acionamento para obter movimentos simétricos de alta precisão com uma grande faixa de movimento.

A saída encontrada pela equipe consiste na utilização de dois rotores acionados por apenas um estator ou por um atuador piezoelétrico, mantendo tudo miniaturizado e integrado.

É uma nova técnica para construção de motores, mas que servirá também para atuadores piezoelétricos usados em mecanismos de precisão.
[Imagem: Zhanmiao Li et al. - 10.34133/research.0156]

Motor de atuação simétrica

O motor ultrassônico piezocerâmico linear de atuação simétrica (SLPUM) consegue gerar diretamente saídas de movimento simétrico bidirecional de um par de tesouras, sem usar mecanismos de transmissão complexos adicionais.

A ideia básica é que uma barra de cerâmica piezoelétrica contendo uma matriz de 2 x 3 unidades pode operar no modo ressonante acoplado do primeiro modo longitudinal (L1) e do terceiro modo de flexão (B3) para produzir duas trajetórias simétricas de movimento elíptico, em direções opostas em suas duas pontas de fricção.

Através do acoplamento de fricção, os dois movimentos elípticos simétricos das pontas de fricção podem ser convertidos em movimentos opostos ou retrógrados simétricos e síncronos de dois motores com a mesma velocidade.

É uma mudança revolucionária no princípio de trabalho tradicional, em que um estator pode acionar apenas um atuador. Além disso, esse mecanismo de atuação simétrica dobra a eficiência de trabalho do motor piezoelétrico.

Protótipos construído para teste das operações de microcirurgia e capacidade de carga.
[Imagem: Zhanmiao Li et al. - 10.34133/research.0156]

Cenários de aplicação

Para demonstrar a aplicabilidade do protótipo ao campo dos robôs médicos, a equipe montou um par de tesouras para microcirurgia nos controles deslizantes, o que permitiu testar operações de alta precisão com uma força excepcional em relação aos projetos tradicionais.

"Para verificação, utilizamos este protótipo para realizar experimentos em diferentes cenários de aplicação, como corte de fios de cobre, carne suína, fatias bovinas, intestinos, etc. Assim, este motor pode ser também aplicado em robôs microcirúrgicos para realizar preensão de alta precisão, tesoura e outras operações cirúrgicas. E a estratégia de projeto proposta neste trabalho abre um novo caminho para o desenvolvimento de futuros dispositivos microeletromecânicos piezoelétricos," escreveu a equipe.

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