Mới đây, một bài báo đã được công bố trên tạp chí Nature. Nhóm nghiên cứu từ Đại học California, San Diego, đã sử dụng một robot hình người do Unitree Robotics phát triển để thực hiện hai ca phẫu thuật cắt túi mật trên lợn sống. Đây là lần đầu tiên một robot hình người thực hiện các ca phẫu thuật thực tế trên sinh vật sống.
Trước đây, Elon Musk từng đưa ra tuyên bố táo bạo rằng robot sẽ vượt trội hơn các bác sĩ phẫu thuật lành nghề trong vòng vài năm tới, và vượt qua cả những bác sĩ phẫu thuật giỏi nhất trong khoảng năm năm nữa. Việc công bố nghiên cứu mới nhất này đã gây chấn động mạnh mẽ trong ngành.
Tại sao robot phẫu thuật lại phát triển nhanh đến vậy? Chúng khác với robot thông thường như thế nào? Và làm thế nào các nhà sản xuất có thể kiểm soát sai số kích thước trong quá trình gia công và sản xuất? Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sâu về những chủ đề này.
Robot phẫu thuật là một loại dụng cụ y tế mới kết hợp giữa học máy và hệ thống cơ khí chính xác để thực hiện các ca phẫu thuật. Bác sĩ có thể điều khiển chính xác cánh tay và bàn tay robot trên bảng điều khiển để thực hiện phẫu thuật. Công nghệ này không chỉ nâng cao độ chính xác và hiệu quả của phẫu thuật mà còn giảm thiểu sự tiếp xúc trực tiếp giữa bệnh nhân và nhân viên y tế, mang đến những phương pháp điều trị an toàn và tiên tiến hơn cho lĩnh vực y tế.
Robot phẫu thuật có những loại nào?
Có nhiều loại robot phẫu thuật. Các loại phổ biến bao gồm robot Da Vinci, robot phẫu thuật chỉnh hình, robot phẫu thuật nội soi, robot phẫu thuật tim mạch, robot phẫu thuật tiết niệu và robot phẫu thuật một cổng.
Trong số đó, robot phẫu thuật chỉnh hình và robot phẫu thuật nội soi là hai loại robot phẫu thuật phổ biến. Robot phẫu thuật chỉnh hình chủ yếu được sử dụng cho các thủ thuật chỉnh hình. Chúng được sử dụng trong phẫu thuật thay khớp và cột sống. Robot phẫu thuật nội soi, còn được gọi là robot phẫu thuật nội soi, chủ yếu được sử dụng cho phẫu thuật xâm lấn tối thiểu.
Các bộ phận quan trọng của robot phẫu thuật y tế là gì và phương pháp xử lý của chúng ra sao?
Các thành phần cốt lõi của robot phẫu thuật y tế
Robot phẫu thuật dựa trên nhiều bộ phận quan trọng. Chúng bao gồm cánh tay robot, bộ phận thao tác phẫu thuật, dụng cụ phẫu thuật, hệ thống điều khiển từ xa, các thành phần của hệ thống thị giác và các thành phần của hệ thống định vị.
Cánh tay robot chịu trách nhiệm mang và vận hành các dụng cụ phẫu thuật. Hệ thống điều khiển từ xa cho phép bác sĩ điều khiển robot từ xa. Hệ thống thị giác hiển thị hình ảnh phẫu thuật rõ nét theo thời gian thực. Hệ thống định vị đảm bảo hoạt động chính xác. Các dụng cụ phẫu thuật giúp robot hoàn thành các bước phẫu thuật phức tạp và cung cấp phản hồi xúc giác rõ ràng. Tất cả các bộ phận này hoạt động cùng nhau, tạo nên robot phẫu thuật chính xác và đáng tin cậy cho việc sử dụng lâm sàng.
Các phương pháp gia công cơ khí cho các bộ phận của robot phẫu thuật
Gia công điều khiển số bằng máy tính (CNC)
Nó sử dụng các máy công cụ điều khiển bằng máy tính. Phần mềm được lập trình sẵn điều khiển chuyển động của các dụng cụ cắt. Gia công CNC có thể tạo ra các bộ phận có độ chính xác cao và hình dạng phức tạp. Nó hoạt động được với cả vật liệu kim loại và nhựa.
In ấn 3D (Sản xuất bồi đắp)
Công nghệ này tạo ra các bộ phận bằng cách xếp chồng vật liệu từng lớp một. Nó trực tiếp chuyển đổi các mô hình kỹ thuật số thành các linh kiện hoàn chỉnh. In 3D có thể nhanh chóng tạo ra các bộ phận tùy chỉnh. Nó phù hợp với sản xuất theo lô nhỏ và các bộ phận có hình dạng hình học phức tạp.
Máy cắt Laser & Hàn laser
Công nghệ này sử dụng chùm tia laser năng lượng cao để cắt và hàn chính xác các vật liệu kim loại và phi kim loại. Cắt laser tạo ra các cạnh cắt sắc nét, độ chính xác cao. Hàn laser được sử dụng để nối các bộ phận riêng biệt lại với nhau.
injection Molding
Nhựa nóng chảy được bơm vào khuôn và làm nguội để tạo thành các chi tiết hoàn chỉnh. Ép phun thích hợp cho sản xuất hàng loạt các linh kiện nhựa. Nó đảm bảo độ chính xác cao và chất lượng sản phẩm ổn định.
Gia công phóng điện (EDM)
Nó ăn mòn các vật liệu kim loại bằng tia lửa điện. Phương pháp này áp dụng cho các vật liệu cứng khó gia công bằng các phương pháp gia công thông thường. EDM đạt được độ chính xác cao và tạo ra các biên dạng phức tạp. Nó được sử dụng rộng rãi cho khuôn mẫu và các chi tiết phức tạp.
Chế tạo kim loại tấm
Nó bao gồm các quy trình cắt, uốn và tạo hình để chế tạo các bộ phận bằng kim loại tấm. Gia công kim loại tấm thường được sử dụng để sản xuất vỏ bọc, giá đỡ và các cấu kiện kết cấu khác.
Các bộ phận của robot phẫu thuật y tế như thế nào? Lắp ráp?
Các bộ phận của robot y tế cần trải qua nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, các nhóm hoàn thành việc lập kế hoạch lắp ráp chi tiết. Thứ hai, họ tiến hành kiểm tra chất lượng toàn diện trên từng bộ phận. Thứ ba, công nhân lắp ráp tất cả các cấu trúc cơ khí lại với nhau. Thứ tư, họ lắp đặt tất cả các mô-đun điện tử. Thứ năm, nhân viên tiến hành gỡ lỗi và kiểm tra hiệu năng toàn diện của máy. Thứ sáu, họ thiết lập giao diện vận hành giữa người và máy. Cuối cùng, toàn bộ robot trải qua các bước kiểm tra nghiệm thu cuối cùng.
Các bước này đảm bảo độ chính xác của cánh tay robot, khớp nối, cảm biến và các bộ phận khác. Sau khi lắp ráp, robot phải trải qua các bài kiểm tra nghiệm thu cuối cùng. Robot cũng cần được kiểm tra mô phỏng phẫu thuật. Các bài kiểm tra này xác minh hiệu suất và độ tin cậy. Chúng đảm bảo rằng robot có thể thực hiện các nhiệm vụ phẫu thuật một cách an toàn và chính xác.
Tại sao robot phẫu thuật lại khó sản xuất hơn?
Khi robot phẫu thuật bước vào giai đoạn kiểm định lâm sàng và sản xuất hàng loạt nhỏ, mọi bộ phận đều phải được kiểm soát cẩn thận. Chất lượng gia công của từng chi tiết trở nên vô cùng quan trọng.
Các bộ phận riêng lẻ như vỏ khớp nối, đầu nối tay máy và giá đỡ cảm biến có thể vượt qua các bài kiểm tra kích thước khi được lắp ráp riêng biệt. Tuy nhiên, các vấn đề có thể xuất hiện sau khi các bộ phận được lắp ráp thành robot hoàn chỉnh. Ví dụ như phản hồi lực không ổn định và dụng cụ phẫu thuật bị rung lắc. Các bề mặt làm kín cũng không khóa chặt được.
Thị trường robot hình người và robot phẫu thuật đang phát triển nhanh chóng. Gia công các bộ phận với độ chính xác cao trở thành một thách thức lớn đối với các nhóm nghiên cứu.
Robot công nghiệp thông thường chỉ tập trung vào độ bền cấu trúc và độ chính xác định vị lặp lại. Robot y tế bổ sung thêm ba yêu cầu nghiêm ngặt. Chúng cần hiệu suất ổn định lâu dài, bề mặt sạch sẽ và khả năng truy xuất nguồn gốc sản xuất đầy đủ. Một vị trí kết nối dụng cụ xâm lấn tối thiểu có thể có độ lệch vị trí lỗ chỉ 0.01mm, nhưng khi đạt đến cuối dụng cụ, nó sẽ dẫn đến những thay đổi trong tư thế kẹp và đường cong phản hồi lực.
Các vật liệu cũng nhạy cảm hơn. Hợp kim Al7075 thích hợp để chế tạo các cấu kiện kết cấu nhẹ nhưng có độ bền cao, nhưng lớp vỏ mỏng sẽ giải phóng ứng suất sau khi gia công thô. PEEK thường được sử dụng trong các tấm cách điện, khối cách nhiệt và các bộ phận giới hạn chịu mài mòn. Khi nhiệt độ cắt đạt đến mức cao, dễ xảy ra hiện tượng gờ và biến dạng kích thước. Các trục nhỏ bằng thép không gỉ và các bộ phận chuyển đổi bằng hợp kim titan cũng liên quan đến độ nhám bề mặt và độ sạch. Cuối cùng, đối với các bộ phận robot y tế, không chỉ đơn thuần là ghi rõ dung sai nhỏ; điều quan trọng là phải sử dụng cùng một ngôn ngữ cho các tiêu chuẩn xử lý, kiểm tra và lắp ráp.
Kế hoạch quy trình để kiểm soát rủi ro micron của robot phẫu thuật: Khóa toàn bộ chuỗi tham chiếu
5.1 Sử dụng máy CNC liên kết 5 trục
Các khớp nối thường có các lỗ nghiêng, các hốc tròn và các rãnh tránh cạnh. Việc kẹp lại nhiều lần sẽ tích lũy các lỗi định vị. Máy 5 trục xử lý tất cả các lỗ then và bề mặt lắp đặt dưới một tham chiếu thống nhất. Điều này giúp giảm thiểu hầu hết các sai lệch lắp ráp không rõ ràng.
5.2 Ghép nối mâm cặp hút chân không và kẹp mềm
Nên sử dụng đồng thời các phụ kiện hút chân không và kẹp mềm. Không nên kẹp quá chặt các chi tiết nhôm thành mỏng. Lực kẹp quá mạnh có thể gây biến dạng sau khi tháo phụ kiện.
Đối với các bề mặt thành mỏng lớn: Bộ gá hút chân không có thể phân bổ lực kẹp đều. Đối với các bộ phận kết nối không đều: Hàm kẹp mềm và chốt định vị có thể giúp định vị ổn định hơn. Quy trình này có vẻ đơn giản, nhưng có thể giảm đáng kể việc làm lại trong quá trình sản xuất.
5.3 Chia nhỏ các bước gia công để giải phóng ứng suất
Các chi tiết nhôm 7075 được gia công theo một quy trình cố định: gia công thô → tạm dừng để giảm ứng suất → gia công bán tinh → kiểm tra lại kích thước → cắt chính xác cuối cùng. Công nhân kiểm tra lại các vị trí tham chiếu chính trước khi thực hiện đường cắt cuối cùng.
Đối với các chi tiết nhựa PEEK, nhà máy kiểm soát tốc độ trục chính và độ sắc bén của dụng cụ cắt. Nhiệt lượng cắt thấp giúp tránh hiện tượng biến dạng kích thước lỗ.
5.4 Thiết lập các tiêu chuẩn dung sai quy trình theo lớp
Các công nhân phân loại hai loại tiêu chuẩn kiểm soát chi tiết. Các bộ phận quan trọng bao gồm lỗ ổ trục, đế bộ mã hóa và lỗ kết nối dụng cụ. Dung sai mục tiêu của chúng nằm trong khoảng ±0.005 mm. Các rãnh giảm trọng lượng thông thường và các khu vực cần tránh sử dụng các quy tắc dung sai lỏng hơn.
Máy đo tọa độ CMM kiểm tra khoảng cách lỗ, độ đồng trục, độ thẳng đứng và độ phẳng. Các nhóm ghi lại dữ liệu lắp ráp mẫu đầu tiên cho tất cả các vị trí nhạy cảm với việc lắp ráp. Hồ sơ đầy đủ giúp giảm chi phí làm lại về lâu dài.
6. Quy trình lắp ráp hoàn chỉnh các bộ phận của robot phẫu thuật
Tất cả các bộ phận của robot y tế đều tuân theo các bước lắp ráp tiêu chuẩn. Đầu tiên, các nhóm lập kế hoạch lắp ráp chi tiết. Sau đó, họ tiến hành kiểm tra chất lượng toàn diện cho từng bộ phận. Tiếp theo, công nhân hoàn thành việc lắp ráp cơ khí và lắp đặt các bộ phận điện tử.
Cuối cùng, nhân viên hoàn tất việc gỡ lỗi máy móc và thực hiện nhiều vòng kiểm tra hiệu năng. Họ thiết lập bảng điều khiển người-máy sau cùng. Toàn bộ máy móc trải qua quá trình nghiệm thu cuối cùng nghiêm ngặt.
Tất cả các bước đều đảm bảo sự phối hợp chặt chẽ giữa các cánh tay, khớp nối và cảm biến. Sau khi lắp ráp, robot sẽ chạy các bài kiểm tra mô phỏng phẫu thuật thực tế. Bài kiểm tra này xác nhận tính an toàn và độ chính xác hoạt động của robot.
Việc lắp ráp các bộ phận của robot phẫu thuật y tế đòi hỏi phải tuân thủ một bộ quy trình tiêu chuẩn hóa hoàn chỉnh. Bước đầu tiên là lập kế hoạch lắp ráp chi tiết. Nhân viên sẽ phân loại tất cả các bộ phận và xác định trình tự lắp ráp để tránh sai sót khi lắp đặt. Sau đó, tiến hành kiểm tra chất lượng toàn diện. Mỗi bộ phận, chẳng hạn như cánh tay robot, cảm biến và vỏ máy, đều phải được kiểm tra xem có bất kỳ lỗi nào về kích thước và hình thức hay không.
Sau khi vượt qua khâu kiểm tra, công nhân trước tiên hoàn thành việc lắp ráp các cấu trúc cơ khí như cánh tay robot và các khớp nối, sau đó lắp đặt các bảng mạch bên trong, mô-đun điều khiển và các linh kiện điện tử khác. Các kỹ thuật viên liên tục gỡ lỗi thiết bị, khắc phục các sự cố như rung lắc và sai lệch định vị, sau đó gỡ lỗi màn hình cảm ứng và các giao diện tương tác người-máy khác.
Sau khi toàn bộ máy được lắp ráp xong, nó bước vào giai đoạn nghiệm thu cuối cùng. Các kỹ sư đã tiến hành nhiều thử nghiệm phẫu thuật mô phỏng để kiểm chứng toàn diện độ chính xác, độ ổn định và độ an toàn của thiết bị. Chỉ khi tất cả các bài kiểm tra đều đạt yêu cầu, thiết bị mới được xuất xưởng, đảm bảo thực hiện an toàn và chính xác các ca phẫu thuật xâm lấn tối thiểu khác nhau trong các ca phẫu thuật lâm sàng.
7. Những câu hỏi quan trọng dành cho nhóm Nghiên cứu và Phát triển và nhóm Mua sắm linh kiện robot phẫu thuật
Các yêu cầu chính cần được thảo luận rõ ràng trong giai đoạn báo giá.
Đầu tiên, hãy đánh dấu lần lượt tất cả các kích thước đặc trưng chính.
Hãy thông báo cho nhà cung cấp biết những linh kiện nào có thể được sử dụng làm tham chiếu lắp ráp, linh kiện nào phù hợp với động cơ hoặc cảm biến, và linh kiện nào chỉ là những vùng trống cần tránh. Quá nhiều dung sai nhỏ sẽ gây lãng phí chi phí xử lý.
Thứ hai, xác nhận các tiêu chuẩn kiểm tra đầy đủ.
Các bộ phận của robot y tế yêu cầu báo cáo kiểm tra mẫu đầu tiên chính thức, hồ sơ kiểm tra lỗ khóa đầy đủ, hồ sơ lô vật liệu đầy đủ và hồ sơ xử lý bề mặt. Các lô nhỏ từ 5 đến 10 chi tiết cũng cần được kiểm tra nghiêm ngặt. Nhóm phải sản xuất đúng các bộ phận ngay từ lần thử đầu tiên.
8. Lời khuyên dành cho các nhóm mua linh kiện robot phẫu thuật
Nếu bạn đang tìm kiếm nhà cung cấp gia công chính xác cao cho các bộ phận robot phẫu thuật, đừng chỉ tập trung vào giá cả và thời gian giao hàng. Bạn cũng nên đánh giá khả năng sản xuất của nhà cung cấp. Những câu hỏi quan trọng bao gồm:
- Nhà máy có trang thiết bị gia công liên kết 5 trục không?
- Họ sử dụng phương pháp kẹp nào cho các chi tiết thành mỏng?
- Họ đã có các thông số xử lý ổn định và hoàn thiện cho nhôm 7075 và PEEK chưa?
- Liệu họ có thể kiểm soát dung sai của các đặc điểm chính trong phạm vi ±0.005 mm trong quá trình sản xuất hàng loạt không?
- Họ có thể cung cấp báo cáo đo tọa độ CMM đầy đủ với các mẫu đầu tiên không?
9. Tại sao nên chọn NOBLE?
Noble biến ý tưởng sản phẩm thành nguyên mẫu hoàn chỉnh và các bộ phận sản xuất hàng loạt. Hầu hết các nhà cung cấp chỉ cung cấp dịch vụ tạo nguyên mẫu. Noble cung cấp dịch vụ hỗ trợ sản xuất trọn gói. Dịch vụ của chúng tôi bao gồm tối ưu hóa thiết kế, gia công, hoàn thiện bề mặt và lắp ráp cuối cùng.
Của NOBLE Tạo nguyên mẫu nhanh bằng silicon Khả năng
Việc sản xuất nguyên mẫu silicon được kết nối với các dây chuyền sản xuất khác của chúng tôi. Các kỹ sư hỗ trợ thiết kế trong suốt toàn bộ quy trình sản xuất. Máy CNC tạo ra các khuôn mẫu chính xác. Ép phun hỗ trợ sản xuất hàng loạt với số lượng lớn. Đội ngũ của chúng tôi hoàn thành việc xử lý bề mặt và lắp ráp cuối cùng ngay tại nhà máy. Khách hàng chỉ cần làm việc với một nhà cung cấp duy nhất cho tất cả các khâu.
Chứng nhận chất lượng chính thức
Hệ thống quản lý chất lượng của chúng tôi được chứng nhận chính thức với đầy đủ hồ sơ.
- ISO 9001:2015: Tiêu chuẩn này kiểm soát chất lượng sản xuất nói chung. Các quy trình chuẩn đảm bảo kết quả sản xuất ổn định. Các bước kiểm tra toàn diện kiểm tra kích thước chi tiết và chất lượng bề mặt.
- ISO 13485:2016: Tiêu chuẩn này bổ sung các quy định nghiêm ngặt về sản xuất thiết bị y tế. Nó yêu cầu truy xuất nguồn gốc đầy đủ của từng bộ phận và xác thực toàn bộ quy trình.
Câu hỏi thường gặp về các bộ phận của robot phẫu thuật
1: Thép không gỉ 304 và thép không gỉ 316L dùng trong y tế có gì khác nhau?
Thép không gỉ 304 có khả năng chống ăn mòn kém. Các nhà máy hiếm khi sử dụng nó cho các bộ phận y tế. Thép không gỉ cacbon thấp 316L chứa molypden. Nó có khả năng chống lại chất lỏng clorua trong dịch cơ thể người. Các nhà máy sản xuất dụng cụ phẫu thuật và các bộ phận cấy ghép tạm thời bằng thép không gỉ 316L.
2: Bạn có thể cung cấp đầy đủ hồ sơ truy xuất nguồn gốc vật liệu cho các bộ phận của tôi không?
Vâng. Chúng tôi cung cấp đầy đủ các tài liệu chính thức. Chúng bao gồm báo cáo kiểm nghiệm nguyên liệu thô (MTR) và giấy chứng nhận hợp quy thành phẩm (CoC). Toàn bộ chuỗi thông tin sản xuất đều có thể truy xuất nguồn gốc.
3. Quá trình thụ động hóa là gì? Tại sao quá trình thụ động hóa lại quan trọng đối với thép không gỉ dùng trong y tế?
Quá trình thụ động hóa là một phương pháp xử lý hóa học. Nó loại bỏ các hạt sắt nhỏ li ti còn sót lại trên bề mặt thép do các dụng cụ cắt gọt gây ra. Những hạt nhỏ này sẽ gây ra gỉ sét nếu không có quá trình thụ động hóa. Thụ động hóa cải thiện khả năng chống ăn mòn tự nhiên của thép. Đặc tính này rất quan trọng đối với các bộ phận trải qua quá trình khử trùng bằng hơi nước. Thụ động hóa là một bước cố định trong quy trình sản xuất của chúng tôi.
4. Thời gian sản xuất tiêu chuẩn cho các nguyên mẫu thiết bị y tế là bao lâu?
Thời gian sản xuất nguyên mẫu thiết bị y tế là từ 2 đến 4 tuần. Thời gian chính xác phụ thuộc vào độ phức tạp của linh kiện và nguồn cung nguyên vật liệu. Chúng tôi luôn duy trì liên lạc thường xuyên. Chúng tôi điều chỉnh mọi công việc sao cho phù hợp với lịch trình nghiên cứu và sản xuất của khách hàng.
5. Làm thế nào để tôi xác nhận NOBLE phù hợp với dự án của mình?
Vui lòng liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi. Chúng tôi sẽ thảo luận bí mật về mọi yêu cầu dự án của bạn. Chúng tôi chia sẻ toàn bộ hệ thống quản lý chất lượng, các trường hợp điển hình trong ngành y tế và kế hoạch sản xuất tùy chỉnh hoàn chỉnh. Tất cả các bước sản xuất của chúng tôi đều tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của ngành y tế.
