Um novo equipamento para teste de próteses

22/04/2010
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
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Falhas tribológicas de próteses de fêmur

08/04/2010
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

Três demandas globais e a tribologia

15/09/2009

Existem três grandes demandas mundiais que orientam políticas e, conseqüentemente, o desenvolvimento técnico: economia de energia, proteção do meio ambiente e melhoria do bem estar dos idosos. Elas fazem frente a três contingências do desenvolvimento da humanidade: uma insaciável demanda por energia, a degradação desenfreada do meio ambiente e o progressivo envelhecimento da população em todo o mundo.

As três demandas estão intimamente ligadas à tribologia e, portanto, à atuação do Instituto Nacional de Engenharia de Superfícies e dos grupos de pesquisa que o constituem.
A economia de energia está diretamente relacionada com as perdas por atrito. Se estas são, por um lado, inexoráveis em todos os sistemas – uma decorrência inevitável das leis da física – por outro, estas perdas podem ser diminuídas com o emprego de lubrificantes, com a seleção de materiais que minimizem a força de atrito ou com projeto adequado dos componentes.
A proteção ao meio ambiente está associada às perdas por desgaste, com enormes consumos de materiais para repô-las. Basta, por exemplo, pensar no consumo de pneus de automóveis. Ao mesmo tempo, a proteção ambiental depende de diminuição do coeficiente de atrito para que os equipamentos possam funcionar com menores consumos de energia e, conseqüentemente, com menor emprego de combustíveis poluentes.
A melhoria do bem estar dos idosos passa pelo desenvolvimento de próteses dentárias, ortopédicas, cardíacas, de pele e outras, que permitam a substituição dos nossos órgãos desgastados pelos cada vez mais longos anos de existência. Como se vê, o bem estar de todos, em um futuro perfeitamente previsível, passará, inapelavelmente, pelo desenvolvimento de materiais ou de superfícies capazes de resistir a períodos cada vez maiores de funcionamento com segurança e conforto.
Amilton Sinatora