Um grupo de engenheiros do Instituto de Tecnologia de Pequim apresentou um atuador piezoelétrico capaz de acionar instrumentos médicos em microcirurgias com regularidade inédita, mantendo desempenho estável sob cargas de até 1,2 kg.
Resposta a um desafio recorrente na robótica médica
Intervenções minimamente invasivas exigem movimentos micrométricos, sem vibrações ou variações de velocidade. A indústria normalmente recorre a atuadores piezoelétricos, dispositivos compactos que transformam pulsos elétricos em deslocamentos mecânicos. Apesar da rapidez e da eficiência energética, esses “motores lineares” apresentam alcance limitado e, para ampliá-lo, costumam depender da técnica stick-slip (grudar-deslizar). Nesse método, diferenças entre atrito estático e dinâmico geram avanços sucessivos, mas também provocam assimetrias que comprometem a precisão.
Para cirurgias robóticas, qualquer irregularidade resulta em solavancos perceptíveis na ponta da ferramenta, elevando o risco de lesões em tecidos sensíveis. Eliminar variações entre o movimento de avanço e retorno tornou-se, portanto, prioridade para equipas de pesquisa em todo o mundo.
Nova abordagem com estrutura flexível e rolamento puro
O protótipo chinês introduz um “princípio de acionamento por rolamento” apoiado em duas soluções principais: um mecanismo de quatro barras e uma estrutura trapezoidal isósceles flexível. Juntas, elas mantêm contato de rolamento puro entre o elemento acionador e o trilho deslizante, inspirando-se em sistemas de cremalheira e pinhão usados em colunas de direção automotiva. A disposição simétrica garante força de contato constante ao longo de todo o ciclo.
Diferentemente de designs anteriores, que requeriam múltiplos elementos piezoelétricos e ajustes manuais minuciosos, o novo atuador utiliza apenas um cristal cerâmico. Esse componente converte tensão elétrica em deslocamento mecânico de forma direta, simplificando o conjunto, reduzindo pontos de falha e facilitando a produção em escala.
Desempenho comprovado em testes de laboratório
Ensaios de alta frequência registaram coeficiente de linearidade de 0,99999, indicador de trajetória praticamente perfeita. O dispositivo manteve desempenho estável tanto em baixas quanto em altas frequências, suportando forças até 1,2 kg e alcançando 37 mm/s. A discrepância entre os sentidos de movimento ficou em 7,54%, margem considerada aceitável para aplicações cirúrgicas críticas.
Imagem: NewsUp Brasil
Os pesquisadores sublinham que o ganho de regularidade não veio às custas de velocidade ou robustez. Isso abre caminho para substituir atuadores stick-slip em sistemas robóticos já existentes, aumentando a repetibilidade sem atualizar todo o equipamento.
Compatibilidade com ambientes de ressonância magnética
Outro requisito de ferramentas médicas avançadas é a operação segura dentro de scanners de ressonância magnética, que utilizam campos magnéticos intensos. O novo atuador foi integrado a um protótipo de instrumento microcirúrgico totalmente não magnético, validado em experimentos de corte. A ausência de peças ferromagnéticas evita interferência tanto na imagem quanto no mecanismo, permitindo uso em procedimentos guiados por imagem em tempo real.
Implicações e próximos passos
Ao combinar simplicidade estrutural e alto grau de linearidade, o micromotor oferece solução viável para fabricantes de sistemas cirúrgicos robóticos e de equipamentos de micromanipulação em laboratório. A equipa pretende agora avaliar a durabilidade em uso prolongado, ponto crítico em ambientes estéreis sujeitos a ciclos de esterilização repetidos.
Também está em estudo a miniaturização adicional do design, visando instrumentos ainda mais finos, e a integração de sensores de força para feedback háptico ao cirurgião. Se os resultados se mantiverem nas próximas fases, o atuador poderá chegar a dispositivos comerciais na próxima geração de plataformas de microcirurgia.
