O mercado de exoesqueletos está em um ponto de virada. Com o envelhecimento da população, o aumento das doenças crônicas e a escassez interminável de mão de obra, os exoesqueletos oferecem um potencial enorme. Na verdade, os relatórios de mercado estimam que o mercado de exoesqueletos crescerá a uma taxa composta de crescimento anual de quase 40% entre hoje e 2028, quando atingirá 3,7 bilhões de dólares.
Atualmente, os engenheiros estão trabalhando arduamente para desenvolver exoesqueletos que ajudem a restaurar o movimento de pessoas com deficiências motoras e até mesmo a aumentar o desempenho humano natural. Mas o segmento tem seus desafios. Como dispositivos vestíveis, os exoesqueletos precisam ser confortáveis, confiáveis e seguros; uma tarefa difícil considerando a sua mecânica extremamente complexa.
Os engenheiros devem considerar três critérios principais ao projetar exoesqueletos para viabilidade comercial: temperatura, segurança e mobilidade.
Manter as temperaturas operacionais baixas
Os engenheiros sabem muito bem que o calor gerado pelos motores pode ser um problema em aplicações sensíveis à temperatura. Ao contrário do projeto de máquinas tradicionais, no entanto, os engenheiros de exoesqueleto não têm as opções habituais de refrigeração do motor (ventiladores, água, isolamento, etc.) à sua disposição devido a restrições de tamanho e peso.
Embora os motores comuns operem a uma temperatura máxima de enrolamento de 155 °C, os motores escolhidos para o projeto do exoesqueleto devem funcionar adequadamente em temperaturas muito mais baixas, sem a vantagem dos sistemas de refrigeração acima mencionados. Infelizmente, os engenheiros de exoesqueletos muitas vezes se deparam com projetos de motores sem carcaça feitos para aplicações de robótica industrial, que funcionam a temperaturas que podem ultrapassar os níveis práticos para equipamentos de exoesqueleto, uma vez que entrarão em contato próximo com o corpo do usuário.
Em vez disso, os engenheiros devem encontrar motores com eficiência térmica que operem em temperaturas tão baixas quanto 50-60 °C para minimizar o impacto do contato próximo do corpo. Essas baixas temperaturas operacionais do enrolamento, no entanto, podem prejudicar drasticamente o desempenho de motores sem carcaça comuns. Os engenheiros devem trabalhar com um parceiro que não apenas ofereça motores com eficiência térmica, mas também ferramentas de projeto de motion que possam simular níveis de desempenho do motor em níveis especificados de torque, velocidade e temperatura. Isso permitirá um melhor planejamento para uma variedade de necessidades de aplicação e requisitos de dimensionamento de motores.
Dimensionamento para segurança e mobilidade
O dimensionamento é um dos maiores obstáculos para o projeto viável do exoesqueleto. Os engenheiros não devem apenas ter em conta as diferenças de tamanho inerentes à população humana, mas também devem manter os seus projetos o mais finos, aerodinâmicos e leves o quanto possível para permitir o máximo conforto, segurança e mobilidade.
Particularmente em aplicações de reabilitação médica, os engenheiros devem considerar que um usuário pode ter pouca ou nenhuma função em determinados membros. Aqui, projetos mais leves são cruciais para garantir a segurança em caso de quedas ou acidentes.
Projetos mais leves também são importantes para o conforto, especialmente se os OEMs esperam ampliar a adoção do exoesqueleto e para aplicações que exigem um uso mais sustentado ou regular do exoesqueleto. Por exemplo, trabalhadores e pacientes que utilizam exoesqueletos para reabilitação ou mobilidade não estarão dispostos a suportar peso excessivo, ou pressão desconfortável sobre o corpo. Além do desconforto, os projetistas devem considerar e reduzir os riscos comuns para o usuário, entre eles:
- Lesão ou desconforto causado por atrito/contato direto entre o exoesqueleto e o usuário
- Hiperextensão e esforço excessivo das juntas
- Contato não intencional, colisão e exposição a vibrações
Por fim, projetos simplificados e elegantes são essenciais para permitir ao usuário navegar em espaços mais apertados e reduzir o risco do exoesqueleto ficar preso em objetos próximos.
Essas considerações estritas de tamanho e peso exigem motores sem carcaça que sejam compactos, mas potentes o suficiente para atender às necessidades de determinada aplicação de exoesqueleto.
Motores projetados para exoesqueletos
A maioria dos motores sem carcaça e de alto desempenho é projetada para automação geral ou, na melhor das hipóteses, aplicações de juntas robóticas – e, portanto, podem não atender às demandas mais restritas dos projetistas de exoesqueletos. Os motores TBM2G da Kollmorgen, no entanto, foram feitos para a tarefa.
Eles fornecem torque consistente em toda a faixa de velocidade — tudo em um pacote mais compacto. Os engenheiros desfrutarão de alto desempenho dentro da faixa de temperatura exigida, sem precisar superdimensionar o motor. Os motores TBM2G foram feitos para se integrarem facilmente com mecanismos do tipo acionamento harmônico mais comumente usados em juntas de exoesqueleto, com sensores Hall integrados opcionais, que não aumentam o comprimento do motor.
Por fim, os motores TBM2G estão disponíveis em sete diâmetros, que variam de 50 mm a 115 mm e três comprimentos de pilha, de 8 mm a 26 mm, de forma que os OEMs de exoesqueleto possam escalar mais facilmente para atender a diversos tamanhos humanos e requisitos de aplicação.
A escolha do parceiro certo
Quando se trata de engenharia de exoesqueletos, selecionar o parceiro certo é tão importante quanto os componentes do projeto em si. À medida que se acelera o desenvolvimento do mercado de exoesqueletos, a Kollmorgen ajuda os engenheiros a se manterem na vanguarda.
A Kollmorgen é a líder global em design e fabricação de motores sem escova e sem carcaça, com a seleção do motor, orientação de engenharia e serviço para apoiar todas as aplicações de exoesqueleto.
Entre em contato conosco para tratar das suas necessidades e objetivos com um especialista em exoesqueleto da Kollmorgen.
