의료 로봇용 세라믹 베어링

Aug 16, 2023

크리스 존슨

2023년 6월 13일

14:00

전문 세라믹 베어링 공급업체인 SMB Bearings의 전무 이사인 Chris Johnson이 세라믹 고정밀 베어링이 해답을 갖고 있는 이유를 설명합니다.

폰라마이 사진 Shutterstock

로봇 수술과 빈 침대를 갖춘 3d 렌더링 수술실

의료 환경에서 로봇의 사용이 증가하고 있으며 보다 복잡한 절차를 수행하는 데 점점 더 의존하고 있습니다. 마르텐사이트 스테인리스강은 로봇 응용 분야의 베어링으로 ​​선호되어 왔지만 의료 환경에서 오염을 방지하기 위해 높아지는 표준에 비해 성능이 부족합니다.

애널리스트 글로벌데이터(GlobalData)는 의료 로봇 시장이 2020년 47억 달러에서 2030년 145억 달러로 성장할 것으로 예측하며, 이러한 로봇은 "도구로 간주되기보다는 정서적 지원을 제공하는 동반자로 더 많이 캐스팅될 것"이라고 예측합니다. 이 인용문은 인공 지능(AI)이 더욱 발전하여 로봇이 오늘날 상상할 수 없는 방식으로 환자에게 점점 더 많은 치료 지원을 제공하고 직원 부족에 대응할 수 있게 됨을 의미합니다.

최소 침습 수술을 돕는 수술 보조 로봇부터 부상 및 마비 재활에 사용되는 AI를 갖춘 치료 로봇까지, 의료 로봇은 1980년대 간단한 로봇 팔 기술이 처음 소개된 이후 큰 발전을 이루었습니다. 수술용 로봇은 점점 저렴해지고 있지만 현대 의료 응용 분야에서는 이러한 로봇의 더 높은 정밀도와 속도 기능도 요구하고 있습니다.

전통적으로 의료 기기에서 마찰과 충격을 제한하거나 방지하여 로봇 팔과 같은 축의 회전을 최적화하는 베어링은 마르텐사이트 스테인리스강과 같은 고순도 금속으로 만들어졌습니다. 최고의 정밀도가 요구되는 열쇠 구멍 수술을 수행하는 데 도움을 주는 의료 로봇이 그 예입니다. 수술용 로봇 베어링은 가능한 최고의 회전 정확도를 제공하는 동시에 소형 및 휴대용 병원 장치에 들어갈 수 있을 만큼 작아야 합니다.

그러나 강철 베어링에는 오염 등의 한계가 있습니다. 강철 베어링은 견고하고 부식성이 높은 환경을 견딜 수 있지만 움직이는 동안 베어링 내부의 강철에 대한 매우 높은 접촉 압력으로 인해 미립자 오염에 취약합니다. 확인하지 않고 방치하면 이러한 오염으로 인해 찌그러짐과 마모가 발생할 수 있습니다.

물론 일반적으로 오염은 보건 및 안전 환경에서 용납될 수 없습니다. 의료 분야에서 로봇이 널리 보급됨에 따라 오염을 방지하기 위한 규제도 더욱 엄격해지고 있습니다.

강철 대체

오염을 방지해야 하는 필요성은 고속, 저잡음, 비자성 특성과 같은 다른 설계 요구 사항을 수반합니다. 예를 들어 자기공명영상(MRI) 스캐너는 강한 자기장을 사용하여 살아있는 피사체의 2차원 또는 3차원 이미지를 생성하기 때문에 강철 베어링은 자기 특성으로 인해 사용할 수 없습니다.

이러한 모든 요소는 의료 환경에서 베어링 재료 선택에 영향을 미칩니다. 그러나 강철을 대체할 수 있는 재료는 무엇입니까? 의료 장비 부문에서는 점점 더 지르코니아(ZrO2) 또는 기타 이국적인 세라믹 화합물로만 제작된 베어링을 선택하고 있습니다. Institute of Materials, Minerals and Mining에 따르면 "ZrO2로 만든 세라믹 베어링은 30% 더 가볍지만 크롬강 및 440 스테인리스강과 유사한 팽창 특성을 갖고 있어 견고합니다."

실제로 풀 세라믹 정밀 베어링은 강철보다 단단하고 내식성과 내열성이 우수하며 치수 안정성이 높고 밀도가 낮습니다. 그러나 세라믹 베어링은 가격이 비쌉니다. 이는 빠듯한 예산으로 운영되는 의료 기관에게는 큰 문제이므로 투자 결정은 신중하게 고려해야 합니다. 다행스럽게도 세라믹 베어링은 의료 환경에 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.

하나는 베어링이 화학 물질에 반응하지 않는다는 것입니다. 이는 병원에서 멸균에 사용되는 가혹한 화학 물질에 노출되어도 부식되거나 약화되지 않는다는 것을 의미합니다. 세라믹은 먼지, 물 또는 습기와 같은 오염 물질을 끌어들이는 윤활이 필요하지 않으며 이는 또한 재윤활과 같은 유지 관리 프로세스의 필요성을 제거합니다. 또한 방수 기능이 있어 정기적으로 세탁할 수 있습니다.