تصميم وتصنيع وحدة المرنة لينة وحدات الروبوتات في جراحة المناظير

الهدف العام من هذا البروتوكول هو تصنيع وحدة مرنة ليتم دمجها في مناور متعدد الوسائط لاستخدامه في الجراحة طفيفة التوغل. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال الروبوتات المرنة من خلال توضيح كيفية تحسين إجراء تصنيع مناور مرن يتمتع بقدرة عالية على البراعة وإمكانيات تصلب. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في كونها سريعة جدًا ومنخفضة التكلفة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن تكرار المنتج النهائي لإنتاج بنية متعددة الأنماط تعمل على تحسين أداء الملقط الروبوتي. وبشكل عام، قد يواجه الأشخاص الجدد في هذه الطريقة صعوبة لأن وحدات السيليكون ذات الأشكال المعقدة تتطلب عادةً إجراء نشر متعدد المراحل، وغالباً ما تكون عملية التحسين مستهلكة للوقت. لذا، يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمراً بالغ الأهمية، حيث يصعب تعلم خطوات تصنيع القالب الخارجي لأنها تعتمد على قالب تجاري تم تعديله بالكامل للغرض النهائي.

سوف تقوم جادا بون، طالبة الدكتوراه، ومارغريتا بلانكو، المساعدة البحثية من مختبري، بتوضيح الإجراء. أضف 12 grams من الجزء A و 12 grams من الجزء B في طبق بتري واحد واخلطهما معاً لتحضير السيليكون. ثم ضع السيليكون المخلوط في جهاز DGAs تحت ضغط تفريغ قدره one bar.

حافظ على المادة تحت تفريغ هوائي حتى يتم إزالة جميع الفقاعات من مادة السيليكون. يستغرق ذلك عادةً حوالي 10 دقائق؛ وبمجرد خلو المواد تماماً من وجود الفقاعات، قم بتحرير التفريغ وإخراج السيليكون، والذي يصبح الآن جاهزاً للاستخدام. قم بتجميع القالب عن طريق إدخال أسطوانة التقوية والجزء العلوي من الحجرات في الغطاء A أولاً، ثم إغلاق القشور حولها.

صب السيليكون داخل القالب المجمّع حتى حافة الأصداف. اضبط درجة حرارة الفرن على 60 °C وضع القالب الممتلئ بداخله. اترك السيليكون ليتصلب لمدة 30 دقيقة تقريبًا.

قم بإزالة القوالب الخارجية والغطاء A من السيليكون المتصلب. بعد ذلك، أدخل وحدات السيليكون من قاعدة الحجرات والأسطوانة المقوية داخل الغطاء B. أغلق القوالب مرة أخرى حول الوحدة، مع تحريكها للأعلى بمقدار 10 millimeters لترك فجوة قدرها 10 millimeters بين السطح العلوي للوحدة وحواف القوالب. صب كمية إضافية من السيليكون داخل القالب المعاد ترتيبه حتى حافة القوالب من الجانب العلوي.

قم بمعالجة السيليكون المصبوب حديثاً في فرن عند 60 درجة Celsius لمدة 30 دقيقة تقريباً. أزل القبعة B للأغلفة الخارجية وجميع الغرف باستثناء أسطوانة التقوية. قص أنابيب سيليكون بقطر 3 مليمتر وبطول 30 سنتيمتر تقريباً.

ضع غراء السيليكون حول الطرف الخارجي لكل أنبوب لمسافة 10 مليمترات الأولى. ثم أدخل الأنابيب داخل القنوات المخصصة بقياس 2 مليمتر في وحدة السيليكون.

اترك الغراء ليجف لمدة 12 دقيقة. وفي درجة حرارة الغرفة، قم بقطع 70 سنتيمتر من غلاف مضفر قابل للتمدد، ثم أدخل أسطوانة معدنية بقطر 3 سنتيمتر وطول 25 سنتيمتر داخل الغلاف. بعد ذلك، اضغط للأسفل وادفع الغلاف بقوة فوق الأسطوانة لإنشاء ثنيات تثبيت.

قم بتثبيت الغمد ميكانيكياً في مكانه باستخدام مشبك، ثم قم بتسخينه بواسطة مسدس حراري عند درجة حرارة 350 درجة مئوية لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق. وللحصول على تشوه دائم، اترك الغمد يبرد حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة، ثم قم بإزالة الأسطوانة الداخلية. مرر الأنابيب القادمة من وحدة السيليكون عبر فتحات الغطاء C. بعد ذلك، صب 3 جرام من سيليكون DGAs في الغطاء C، ثم أدخل الجانب السفلي من الوحدة التي تم تصنيعها مسبقاً في الغطاء C. مرر الغمد المقبوض حول الوحدة، وادفع القبضات الأولى داخل الغطاء C واغمرها في السيليكون الذي تم صبه للتو.

اضبط درجة حرارة الفرن على 60 °C وضع العينة بداخله لمدة 20 دقيقة تقريبًا. وبمجرد تصلب السيليكون، كرر العملية نفسها على الجانب الآخر باستخدام الغطاء D لتثبيت الغلاف من الجانب العلوي. وبعد تصلب السيليكون في الجانب العلوي أيضًا، قم بإزالة كل من الغطاء C والغطاء D من أسفل وأعلى الوحدة على التوالي.

أخيرًا، قم بإزالة أسطوانة التقوية من وحدة السيليكون بالكامل. صُب بضعة جرامات من اللاتكس السائل في كأس بلاستيكي واغمر أسطوانة الغشاء داخل اللاتكس السائل حتى يتم تغطية السطح بالكامل. بعد ذلك، أخرجها من اللاتكس واترك الغشاء ليجف تحت غطاء سحب الغازات لمدة 20 دقيقة.

ثم شكل طبقة ثانية من خلال غمرها مجدداً في اللاتكس وتركها لتجف لمدة 20 دقيقة إضافية. وبمجرد جفافها، قم بإزالة الغشاء من القالب. اقطع أنبوباً بقطر 2 مليمتر وبطول 30 سنتيمتر.

ثم خذ قطعة من نسيج النايلون بمقاس 10 مليمتر في 10 مليمتر وأغلق أحد طرفي الأنبوب بهذه القطعة باستخدام الغراء الفائق. بعد ذلك، زن حوالي أربعة جرامات من القهوة المحببة واملأ الغشاء بالمسحوق قدر الإمكان. أدخل الطرف المُرشح من الأنبوب داخل الغشاء المملوء وثبته حول الأنبوب.

باستخدام غشاء بلاستيكي، قم بتطبيق تفريغ هوائي على الجانب الآخر من الأنبوب لتقوية الغشاء، ثم أدخل الغشاء داخل القناة المركزية الفارغة لوحدة السيليكون. بعد ذلك، قم بلصق نهايات الغشاء المقوى بوحدة السيليكون. أغلق الحلقة حول الجانب السفلي من الوحدة.

صب بعض السيليكون الطازج داخل الحلقة من أجل تسوية السطح، واتركه ليجف تحت غطاء سحب الغازات. وأخيراً، قم بإزالة الحلقات وكرر الإجراء للجانب العلوي من الوحدة. عندما يتم تشغيل الغرف الثلاث في وقت واحد بنفس الضغط، تستطيل الوحدة بدءاً من طول 50 millimeters عند صفر bar، حيث تصل الوحدة إلى 83.3 millimeters عند ضغط 0.65 bar، وهو ما يتوافق مع استطالة قدرها 33.3 millimeters، أي بنسبة 66% تقريباً. سيؤدي استخدام غرفة واحدة أو غرفتين فقط إلى انحناء التركيبة.

تستطيع الوحدة الانحناء بزاوية تصل إلى 120 درجة في حالة انحناء حجرة واحدة، وحتى 80 درجة عند انحناء حجرتين. وفي كلتا الحالتين، يبدأ الانحناء الملحوظ عندما يتم نفخ الحجرات بضغط يبلغ حوالي 0.3 bar. كما أن الوحدة قادرة على توليد قوى تبدأ من 24.1 Newtons عند تفعيل حجرة واحدة وتصل إلى 47.1 newtons عند نفخ ثلاث حجرات.

بمجرد إتقان هذه التقنية، يمكن تنفيذها في غضون أربع ساعات إذا طُبقت بشكل صحيح. وتفتح هذه التقنية الطريق أمام الباحثين في مجال الروبوتات اللينة لاستكشاف الدمج بين تقنيات الموائع، والتحريك، وصلابة الهياكل اللينة المتغيرة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إدارة تشكيل المواد اللينة وكيفية دمج الحسابات ثلاثية الأبعاد المرنة مع آلية صلابة متغيرة.

لا تنسَ أن العمل مع السيليكون واللاتكس قد يكون خطيراً للغاية، لذا يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة، مثل العمل تحت خزانة استخلاص الغازات وارتداء القفازات، دائماً عند تنفيذ هذا الإجراء.