Soluções de acionamentos personalizados para conjuntos de próteses

Com a utilização do motor adequado, uma bomba de vácuo de diafragma em miniatura mantém as pernas artificiais no lugar — eliminando a necessidade de cintas e correias — tornando a vida mais simples e menos stressante para os utilizadores.

Dynaflo, Inc., designer e fabricante de compressores e bombas de vácuo de diafragma OEM, Dynaflo, tem um historial de criação de soluções personalizadas para satisfazer as necessidades de aplicações altamente específicas. A empresa enfrenta todos os desafios analisando uma série de elementos, incluindo dimensão, rendimento, consumo de energia, necessidades materiais e tudo o que seja importante para fornecer a solução que proporcione o maior benefício para o utilizador.

Ao mesmo tempo que se envolvem numa nova aplicação para ajudar na fixação de próteses de membros — principalmente para a fixação de pernas — verificaram primeiro se alguma das suas plataformas de bomba de vácuo existentes funcionaria. Muitas vezes, conseguem fazer pequenos ajustes num design anterior que resolverá o problema em questão. Para esta aplicação, a empresa criou um novo design, a sua bomba de vácuo da série 2000, que fornece os níveis de vácuo mais elevados atualmente disponíveis a partir de uma bomba de diafragma da sua dimensão (ver Figura 1).

Geralmente, os produtos Dynaflo são concebidos para maximizar a eficiência utilizando até 60 por cento menos energia do que os principais concorrentes. Fazem-no através de várias abordagens próprias, uma das quais passa por incorporar componentes de baixo desgaste, tais como rolamentos de alta qualidade, materiais especialmente formulados e processados, e motores sem escovas DC padrão e semipersonalizados, que proporcionam um desempenho extremamente elevado para ciclos de vida longos.

Uma vez que as bombas concebidas pela empresa são isentas de óleo, os dispositivos funcionam sem risco de contaminação. O design único das próprias bombas tira partido da abordagem exclusiva da empresa, segundo a qual o diafragma é dobrado em vez de esticado. Esta estratégia minimiza a força necessária para deslocar o diafragma, maximiza a respetiva eficiência e reduz a potência necessária para a operação. Esta combinação de vantagens foi ideal para a aplicação de fixação da prótese do membro.

Figura 2: Utilizada para segurar as próteses — usando vácuo em vez de cintas e correias — a bomba Dynaflo necessitava de começar a funcionar sob carga

Embora algumas próteses encaixem com um pino de bloqueio e uma meia ou almofada para próteses, muitas ainda incorporam correias e cintas que são incómodas de fixar e não são muito confortáveis ao longo do tempo. Além disso, os materiais utilizados fazem muitas vezes com que a perna raspe ou friccione nos mesmos. A solução era fornecer um sistema de fixação com base na sucção. Uma vez que a Dynaflo não dispunha de uma unidade pronta a usar que se aproximasse das necessidades da aplicação, decidiram criar um produto completamente novo, a partir do zero. O design da bomba de vácuo de diafragma em miniatura que a equipa de engenharia da empresa elaborou exigiu uma série de especificações essenciais para funcionar corretamente (ver Figura 2).

Uma grande preocupação para a equipa era manter a prótese encaixada sem perder o vácuo, mesmo que parcialmente, durante a utilização. Esta potencial situação poderia fazer com que o membro se desprende-se inesperadamente, provocando provavelmente ferimentos no paciente. Para resolver este problema, a equipa sabia que a bomba tinha de ser capaz de iniciar enquanto estivesse sob carga. Para tal, o motor utilizado para a bomba tinha de fornecer binários muito elevados sempre que necessário. A bomba também foi desafiada a atingir -27 Hg em poucos segundos. Se juntarmos a estes requisitos o facto de a bomba ter de ser pequena, com menos de meia polegada de espessura, os parâmetros finais de design tornaram-se muito específicos e difíceis de alcançar.

O motor certo

A equipa de engenharia da Dynaflo selecionou o motor RE16 maxon para alimentar a sua bomba (ver Figura 3). Os motores RE são motores DC com escovas de precisão, que incorporam enrolamentos não ferrosos e comutação de metais preciosos juntamente com ímanes de terras raras para assegurar um controlo preciso, pelo que a tomada de corrente era proporcional aos requisitos de binário da aplicação. A solução do motor para a bomba proporcionou mais de 90 por cento de eficiência ao mesmo tempo que oferecia o movimento rotativo preciso necessário para o funcionamento adequado.

Os motores utilizam escovas de grafite com 2,5 watts de potência. O RE13 possui um diâmetro de 13 mm e um binário nominal de 1,44 mNm, podendo funcionar a velocidades de até 10 600 rpm. Os motores da série RE da maxon eram literalmente o único motor disponível para uma aplicação tão sensível e importante. A Dynaflo foi capaz de incorporar o motor no seu design com relativa facilidade. Além disso, os motores RE eram uma solução de baixo ruído.

Figura 3: O RE16 concebido e fabricado pela maxon ofereceu o binário necessário para ligar a bomba de vácuo sob carga.

Com base na competência técnica da maxon e na atenção aos detalhes de design e fabrico, os motores proporcionaram longos ciclos de vida para a aplicação da bomba. Isto era particularmente vantajoso, uma vez que a empresa necessitava de um motor que ajudasse na operacionalidade da bomba a longo prazo. Dado que a maior parte do custo da bomba estava no motor, era importante que a empresa fosse capaz de renovar a bomba enquanto reutilizava o motor. A longa vida útil do motor maxon permitiu à Dynaflo atualizar e renovar milhares de bombas com um novo cabeçote e uma nova válvula, voltando a colocá-las em funcionamento utilizando o mesmo motor.

Conclusão

A bomba utilizada na aplicação de fixação das próteses de pernas dependia do motor correto para o funcionamento correto. A criação de um vácuo na proximidade tão estreita de um corpo humano pode gerar condições potencialmente duras se feita de forma imprópria. A equipa de engenheiros da Dynaflo teve o cuidado de selecionar e utilizar os componentes certos para produzir uma bomba de vácuo segura e funcional, que durasse vários anos. Isto resultou num produto fácil de usar e mais fácil de colocar pelo utilizador final.