Oficjalne wydanie osiągnięć

Jako zaawansowany producent podstawowych komponentów zrobotyzowanych narzędzi chirurgicznych, oficjalnie przedstawiamy inżynierię systemową stojącą za naszymi wielomateriałowymi, kompozytowymi szczękami kleszczyków. W ramach montażu z jedną szczęką uzyskaliśmy precyzyjne łączenie na poziomie mikro i zintegrowany montaż powierzchni roboczych o ultrawysokiej twardości (np. 440C / węglik spiekany), podłoży strukturalnych o wysokiej wytrzymałości i wytrzymałości (np. 17-4PH) oraz powłok powierzchniowych o specjalnych funkcjach (np. metale szlachetne platynowo-palladowe). To nie tylko zapewnia szczękom wyjątkowe właściwości mechanicznetwardy wygląd zewnętrzny i twarde wnętrze, ale także realizuje ostateczne cele, takie jak precyzyjne chwytanie tkanek, niezawodna hemostaza i minimalny uraz poprzez zoptymalizowaną kombinację właściwości materiału, podnosząc możliwości końcowego wykonania zrobotyzowanych narzędzi chirurgicznych na zupełnie nowy poziom.

Kontekst badań i rozwoju oraz kluczowe problemy

Szczęki robotycznych kleszczyków chirurgicznych pełnią rolę „końcówek palców” ramion robotów, od których sprawności bezpośrednio zależy precyzja i bezpieczeństwo zabiegu. Konwencjonalne szczęki wykonane z jednego materiału muszą stawić czoła kompromisom nie do pogodzenia: do zapewnienia ostrego cięcia i trwałości wymagana jest bardzo wysoka twardość (powyżej HRC 60), a materiały o wysokiej twardości są zwykle kruche i podatne na odpryski podczas delikatnego rozcinania lub nieoczekiwanego obciążenia bocznego; Aby zapewnić niezawodność na zginanie i skręcanie, potrzebne są materiały o wysokiej wytrzymałości, co z kolei pogarsza ostrość i odporność na zużycie. Ponadto w przypadku funkcji koagulacji bipolarnej materiały elektrod muszą zapewniać jednocześnie doskonałą przewodność elektryczną, odporność na erozję łukową i biokompatybilność. Standardowa stal nierdzewna 316 lub stop tytanu nie są w stanie optymalnie spełnić wszystkich wymagań na raz. Praktyka kliniczna wymaga inteligentnych rozwiązań szczęk kompozytowych łączących zalety wielu materiałów.

Podstawowe innowacje technologiczne

Nasza podstawowa innowacja polega nasystematyczne projektowanie materiałów i technologia mikromontażu:

• Strefy funkcjonalne i mapowanie materiałówKażdą szczękę dzielimy na wiele stref funkcjonalnych: strefę krawędzi tnącej, strefę konstrukcyjną główną przenoszącą siłę, strefę elektrod elektrokoagulacyjnych i strefę zawiasu obrotowego, dopasowując do każdej strefy najbardziej odpowiedni materiał. Na przykład w strefach krawędzi stosuje się węglik spiekany wytwarzany metodą metalurgii proszków lub wysokowęglową martenzytyczną stal nierdzewną 440C, aby uzyskać ekstremalną twardość i odporność na zużycie poprzez specjalistyczną obróbkę cieplną. W głównych strefach konstrukcyjnych zastosowano utwardzaną wydzieleniowo stal nierdzewną 17-4PH, aby uzyskać bardzo wysoką wytrzymałość i dobrą udarność poprzez obróbkę starzeniową. Na strefy elektrod można nakładać stop platynowo-irydowy lub specjalne powłoki, aby zapewnić stabilne i równomierne przewodzenie prądu oraz właściwości antyadhezyjne.
• Precyzyjna technologia mikrołączeniaNiezawodne łączenie różnych materiałów stanowi największe wyzwanie. Stosujemy najnowocześniejsze techniki mikrołączenia: lutowanie próżniowe lub mikrospawanie laserowe w celu łączenia metalu z metalem. Dzięki precyzyjnej kontroli dopływu ciepła i zastosowaniu dedykowanych wypełniaczy lutowniczych, siłę wiązania zbliżoną do materiałów bazowych osiąga się przy minimalnej liczbie stref wpływu ciepła, zachowując naturalne właściwości materiału. Technologie precyzyjnych intarsji lub fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) są stosowane w izolacjach lub obszarach o specjalnych funkcjach w celu wytworzenia powłok funkcjonalnych w wyznaczonych obszarach.
• Montaż i kalibracja na poziomie submikronowymKrytyczny jest montaż pasujący dwóch połówek szczęk. Kontrolujemy nie tylko precyzję pojedynczych części (±0,01 mm), ale także dokładność łączenia. W wyjątkowo czystym środowisku ręczne parowanie i wstępna kalibracja luzu są przeprowadzane przy użyciu mikroskopów o dużym powiększeniu i czujników mikrosiły. Zapewnia to równomierny, spójny kontakt liniowy lub kontakt z mikroprzerwą od czubka do nasady, gdy szczęki zamykają - fizyczną podstawę delikatnego chwytania (np. unoszenie cienkiej błony tkankowej) bez uszkadzania leżących pod nią tkanek.

• Mechanizmy działania

Podstawową zasadą działania jestpodział ról i synergiczne zwiększanie wydajności. Krawędzie tnące z węglika spiekanego lub stali o wysokiej twardości działają jak „zęby diamentowe”, tworząc główną powierzchnię styku z tkanką, zapewniając ostrą, długotrwałą siłę cięcia i odporność na zużycie, zapewniając precyzyjny chwyt nawet po setkach cykli otwierania i zamykania. Główne struktury o wysokiej wytrzymałości i wytrzymałości służą jako „wysokowydajne szkielety”, przenoszące ogromne, precyzyjne siły i momenty obrotowe z ramion robota na czubek szczęki bez strat i deformacji, a jednocześnie wytrzymują złożone obciążenia chirurgiczne, aby zapobiec plastikowi odkształcenia lub pęknięcia zmęczeniowe. Zoptymalizowane materiały i powłoki elektrod działają jak „inteligentna skóra”. W trybie koagulacji zapewniają skoncentrowany, równomierny przepływ prądu przez powierzchnie styku z tkanką, generując wydajne i kontrolowane efekty koagulacji, a jednocześnie są odporne na przyleganie i korozję, aby uniknąć rozdzierania tkanek. Doskonała integracja różnorodnych materiałów w mikroskali zamienia szczękę w bioniczny zespół funkcjonalny, którego ogólna wydajność znacznie przewyższa działanie dowolnego pojedynczego materiału.

Weryfikacja skuteczności

Testy mechaniczne pokazują, że nasze kompozytowe krawędzie tnące osiągają ponad trzykrotnie dłuższą żywotność w porównaniu z konstrukcjami wykonanymi z jednego materiału (np. szczęki w całości 17-4PH) w symulowanym cięciu tkanki. Testy wytrzymałości na zginanie wykazały, że szczęki o konstrukcji kompozytowej wymagają większego momentu obrotowego, aby osiągnąć to samo przemieszczenie końcówki, co wskazuje na lepszą sztywność strukturalną. W testach wydajności elektrokoagulacji szczęki ze specjalistycznymi materiałami elektrod zmniejszają współczynnik adhezji tkanek o ponad 70% w porównaniu ze standardowymi elektrodami ze stali nierdzewnej, tworząc jednolity strup po koagulacji. Doświadczenia na zwierzętach przeprowadzone na systemie chirurgicznym da Vinci wykazały znacznie zmniejszone uszkodzenia trakcyjne tkanek innych niż docelowe (np. wiązek nerwowo-naczyniowych) podczas delikatnego preparowania przy użyciu naszych szczęk kompozytowych, a chirurdzy zgłaszają wyraźniejsze i bardziej kontrolowane wrażenia dotykowe.

Strategia i filozofia badań i rozwoju

Mocno wierzymy:Wydajność najwyższej klasy instrumentów wynika z głębokiego zrozumienia i kreatywnego połączenia fizycznych ograniczeń materiałów.Nasza strategia badawczo-rozwojowa przełamuje konwencjonalne podejście „jeden komponent, jeden materiał” i obejmuje systematyczną inżynierię materiałową. Projektujemy szczęki jako miniaturowe maszyny, dobierając optymalny materiał dla każdego podzespołu i płynnie integrując je za pomocą najnowocześniejszych technologii mikroprodukcji. Nie dążymy do kosztownych materiałów, ale do ekstremalnej wydajności i niezawodności kombinacji materiałów dla określonych funkcji.

Perspektywa przyszłości

W przyszłości będziemy badać bardziej nowatorskie rozwiązania w zakresie integracji materiałów. Kierunki badań obejmują opracowanie drukowanych w 3D metalowych materiałów kompozytowych o gradientowej twardości i module, aby uzyskać płynne przejście twardości od krawędzi do głównego korpusu; projektowanie „inteligentnych skór” ze zintegrowanymi miniaturowymi, elastycznymi układami czujników na powierzchniach szczęk w celu uzyskania w czasie rzeczywistym informacji zwrotnej na temat siły chwytania, temperatury tkanki i impedancji elektrycznej; oraz badanie biodegradowalnych tymczasowych końcówek szczęk do określonych zabiegów endoskopowych niewymagających usuwania urządzenia. Naszym celem jest ewolucja szczęk robotycznych kleszczyków chirurgicznych z pasywnych terminali wykonawczych w inteligentne mikrosystemy chirurgiczne z możliwością wykrywania, diagnostyki, a nawet lokalnego leczenia.