Um novo equipamento para teste de próteses

A agência USP de notícia trouxe  neste mês uma notícia importante para os estudiosos de tribologia. Na Escola Politécnica (Poli) da USP acaba de ser desenvolvido o Simulador Multiaxial de Movimento Humano. “Trata-se do primeiro equipamento nacional capaz de testar próteses ortopédicas de articulações como quadril, joelho, coluna, ombro e tornozelo, comercializadas no Brasil. De acordo com o engenheiro e doutorando André Luís Lima Oliveira, a máquina encontra-se em funcionamento e realiza ensaios especificados pela normas internacionais para controle de qualidade que estão sendo implantadas no País”.

A notícia segue com uma análise mais detalhada do funcionamento deste equipamento para ensaios de desgaste e fala sobre a importância do mesmo. Recomendo aos interessados a leitura e o contato com o inventor, o engenheiro André Luís Lima Oliveira, ou com o orientador do trabalho, o Prof. Dr. Raul Gonzalez Lima – respectivamente aluno de doutorando e professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da USP.

A questão de confiabilidade das próteses que abordamos no post Falhas tribológicas de próteses de fêmur poderá ser adequadamente investigada com o equipamento desenvolvido ou, melhor, com uma bateria de equipamentos como o desenvolvido! Isto porque para aplicações in vivo é fundamental conhecer a durabilidade, ou seja, desenvolver modelos preditivos de vida média. Como a média não gera conforto nestes casos (afinal se a SUA prótese quebra com 3 anos não vai lhe interessar se a vida média é de dez ou vinte anos) é fundamental levantar experimentalmente a distribuição de probabilidade de falha por desgaste das próteses. Apenas com estes dois dados, vida média e distribuição de probabilidade de falhas, será possível oferecer garantias com base ética para os pacientes necessitados.  Sobre a questão do desenvolvimento de modelos de desgaste ver Como estão os modelos e equações preditivas de desgaste?.

Outra oportunidade que se abre com a construção e validação do equipamento de ensaio de desgaste de próteses é a de realizar experimentos com abordagem multidisciplinar integrando aspectos da engenharia mecânica e de medicina, como já vem ocorrendo, ampliando-os com a inclusão da análise de aspectos de engenharia dos materiais, de tribologia, de química, física, biologia…. Esta oportunidade não depende obviamente apenas da existência do equipamento, mas da perspectiva aberta e colaborativa de trabalho implantada pelo Prof. Raul Lima no Laboratório de Engenharia Ambiental e Biomédica (LAB).

Por fim, cabe chamar a atenção para os colegas pesquisadores e estudantes dos grupos de pesquisa que integram o Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies para esta magnífica oportunidade de colaboração que permitirá avaliar em escala mais próxima do uso real os desenvolvimentos que o Instituto realiza visando aplicação biológica.

Amilton Sinatora

Falhas tribológicas de próteses de fêmur

Um dos pontos fracos da tribologia no momento é o estudo do papel dos debris nos valores de taxa de desgaste e nos valores de coeficiente de atrito.

Recentemente, no Laboratório de Fenômenos de Superfície fizemos um experimento simples, varremos os debris da pista de desgaste e o valor do coeficiente de atrito despencou de 1,4 para 0,2 (no máximo) num ensaio esfera contra disco nitretado!

Quando o sistema tribológico tem uma aplicação biológica então, não apenas os valores do coeficiente de atrito e das perdas de massa devem ser considerados. É essencial saber o destino e o volume de debris formados. A reportagem do New York Times de 03-03-2010 sugere que os debris liberados em próteses de fêmur são responsáveis por danos à saúde de muitos pacientes.

São realizados aproximadamente 250 mil transplantes por ano apenas nos EUA, sendo que um terço das próteses são totalmente metálicas e destas, de 1 a 3% parecem estar causando problemas aos seus usuários devido aos efeitos dos debris. Isto significa entre 2.500 e 7.500 pessoas sofrendo pelo que certamente mostra uma deficiência dos estudos tribológicos feitos em laboratório ou em instalações piloto.

Estes tristes eventos requerem que firmemos uma posição intransigente quanto à necessidade de os ensaios de laboratório e em escala piloto serem feitos com repetições suficientes para se estabelecer a distribuição de falhas e se ter mais segurança sobre a variabilidade dos componentes frente às inevitáveis variações nos materiais e nos processos de fabricação. Fazer isto é lutar contra as economias e reduções de verba, contra a pressa irresponsável e contra os prazos burocraticamente impostos às atividades de pesquisa.

Também devemos nos posicionar para que em nosso país tenhamos centros com recursos, equipamentos e pessoas dedicados a avaliar em escala piloto o design, as variáveis de fabricação e os materiais empregados em próteses. E, sem dúvida, estimular estudos in vivo significativos e que possam ser desdobrados para humanos.

Por outro lado, aos pesquisadores em tribologia cumpre não estimular conclusões precipitadas e levianas dos fornecedores com a realização de ensaios de caracterização tribológica de materiais com conclusões como “ este ou aquele material é mais adequado ou mais resistente para próteses”. Precisamos nos conscientizar de que  no fim da linha há um ser humano que pode ter que ser submetido a uma nova cirurgia ou pode ter sua vida colocada em risco.

Amilton Sinatora

Ensaios de desgaste para engrenagens – cada vez mais próximos da aplicação

Um dos grandes objetivos do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies é desenvolver filmes ou tratamentos de superfícies resistentes ao desgaste  para aumentar a resistência ao desgaste de engrenagens, por exemplo.  Os filmes ou tratamentos de superfícies para engrenagens desenvolvidos pelos pesquisadores do instituto  são submetidos a ensaios de desgaste por fadiga de contato. Num destes ensaios, esferas rolam sobre discos simulando as tensões sofridas por engrenagens.

Estes ensaios são bastante simples, fáceis de realizar e, em geral, de baixo custo.  Por outro lado, eles são, por assim dizer, esquemáticos, representações das solicitações reais. Em outras palavras, a transferibilidade destes ensaios para a prática é relativamente distante. No

Para superar esta limitação, o Prof. Carlos Enrique da Silva desenvolveu uma versão bastante aprimorada deste ensaio, o ensaio de engrenagens, denominado FZG, no Laboratório de Superfícies e Contato (LASC), da Universidate Técnica Federal do Paraná, em Curitiba. Neste, duas engrenagens são acionadas uma contra a outra com forças, velocidades, óleos e temperaturas controladas. Pode-se, desta forma, verificar se os tratamentos de superfícies produzem melhoras significativas na vida de engrenagens,  aumentando, com este ensaio, a segurança de que em aplicações reais, como por exemplo caixas de câmbio, os resultados também serão positivos.

Com o desenvolvimento do ensaio FZG, o LASC e o Professor Carlos Henrique dão um passo significativo para diminuir o tempo entre o invento de novos tratamentos de superfícies e sua aplicação em engrenagens. O trabalho sobre o ensaio FZG apresentada no 64o Congresso da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais pode ser conseguida mediante consulta ao site http://www.damec.ct.utfpr.edu.br/lasc/.

Amilton Sinatora