Name: 设计和弹性股软模块化机器人微创手术制造 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: 学习软体机器人制造方法，用于微创手术中的多模态操作器集成。本技术展示快速低成本的柔性流体驱动器与颗粒阻塞刚度控制机制的制作流程，实现全向弯曲和伸缩功能。

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本工作由欧盟在STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1欧洲项目（#287728）框架内资助。

注意：本方案描述了一个模块的制造步骤，该模块包括流体腔室、增强通道、驱动管道和外部护套。出于安全考虑，以下操作必须在通风橱内进行，并穿戴实验服和手套。如前所述，弹性体单元的制造过程基于使用CAD软件设计的模具依次加工而成。这些模具由图2所示及表1所列的13个部件组成。
1. 硅胶的制备
<ol>
	<li>在同一个塑料杯或培养皿中分别称取12 g的A组分和12 g的B组分，并通过搅拌将其混合均匀。 
	注意：材料比例可能因所使用的硅胶种类而异，本例中的硅胶由两部分组成：A组分（基础剂）和B组分（催化剂）。两者按质量比1A:1B使用。</li>
	<li>将装有混合硅胶材料的容器放入真空脱泡机中，在1 bar的真空压力下进行脱泡。持续保持真空状态，直至硅胶材料中的所有气泡完全消除。对于本实验所用的硅胶，脱泡过程约需10分钟。当材料完全无气泡后，恢复机器内的大气压力，并立即使用该硅胶。</li>
</ol>
2. 硅基模块的制备
<ol>
	<li>模具的组装。
	<ol>
		<li>将加强圆筒和腔室顶部插入 cap_A 中（图 3a）。</li>
		<li>将外壳闭合在 cap_A 的第二层周围。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>第一次硅胶浇铸。
	<ol>
		<li>将硅胶倒入已组装的模具中，直至填满外壳边缘（图 3b）。</li>
		<li>将模具置于 60 °C 的烘箱中加热约 30 分钟。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>模具的重新组装。
	<ol>
		<li>取下外部外壳和 cap_A（图 3c）。</li>
		<li>将腔室底部的圆筒和加强圆筒插入 cap_B 中（图 3d）。</li>
		<li>再次将外壳闭合在模块周围，并向上滑动 10 mm，使模块的顶面与外壳边缘之间留出 10 mm 的间隙（图 3e）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>第二次硅胶浇铸。
	<ol>
		<li>将硅胶倒入重新组装的模具中，直至填满顶部外壳边缘（即同样填满至加强圆筒顶部）（图 3f）。</li>
		<li>将模具置于 60 °C 的烘箱中加热约 30 分钟。</li>
		<li>取下外部外壳、cap_B 和腔室（加强圆筒除外）（图 3g）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 插入导管
<ol>
	<li>将3根管子截成相同的所需长度（例如300 mm）。</li>
	<li>在每根管子的一端周围涂抹硅胶，长度约10 mm，注意不要堵塞管子内部。</li>
	<li>将管子插入硅胶单元中对应的2 mm专用通道内（图3h）。</li>
	<li>在室温下静置固化12分钟，或将其放入烘箱中在较高温度（50°–60°）下处理，以加快干燥过程。</li>
</ol>
4. 编织压纹护套的制备
<ol>
	<li>裁剪一段约700 mm长的可扩张编织套管（约为模块高度的15倍）。</li>
	<li>将一根直径30 mm、长度250 mm的金属圆柱插入套管内部。</li>
	<li>向下推压并使套管沿圆柱滑动，以形成褶皱。</li>
	<li>用夹具将套管机械固定，然后使用加热枪在350 °C下加热2–3分钟，直至产生永久形变。</li>
	<li>让套管冷却，随后取出内部的圆柱。</li>
</ol>
5. 外鞘的整合
<ol>
	<li>将管子穿过盖帽_C上的孔。</li>
	<li>向盖帽_C中倒入3 g硅胶。</li>
	<li>将盖帽_C夹在一个高于工作平面的支架上。</li>
	<li>将先前制备好的模块底端插入盖帽_C中。</li>
	<li>将压接好的护套沿模块滑动到位。</li>
	<li>将护套的前端压接部分推入盖帽_C内，并浸入刚倒入的硅胶中（图3i）。</li>
	<li>将模具放入60 °C的烘箱中加热约20分钟。</li>
	<li>重复步骤5.1–5.6的操作，使用盖帽_D将护套固定在模块的顶端（图3j）。</li>
	<li>取下盖帽_C和盖帽_D。</li>
	<li>移除中心圆柱体（图3k）。</li>
</ol>
6. 颗粒阻塞膜的制备
<ol>
	<li>将 5 g 液体乳胶倒入塑料杯中。</li>
	<li>将用于制备膜的圆柱体（如图 2所示的最后一个部件）浸入液体乳胶中，直至表面完全被覆盖。</li>
	<li>在通风橱中静置干燥 20 分钟。</li>
	<li>重复步骤 6.2 和 6.3。</li>
	<li>从模具中取出膜。</li>
</ol>
7. 颗粒阻塞膜的插入
<ol>
	<li>将一根直径为 2 mm 的管子截成所需长度（例如 300 mm）。</li>
	<li>裁剪一块约 100 mm2 的方形尼龙织物，用塑料石蜡膜或超级胶水将织物封住管子的一端。</li>
	<li>称取 4 g 咖啡粉，填充至膜中。</li>
	<li>将管子（带滤膜的一端）插入已填充的膜内，并用塑料石蜡膜将膜固定在管子周围。</li>
	<li>对管子的另一侧施加真空（膜会变得更坚硬）。</li>
	<li>将膜插入硅胶模块的空心中央通道内（图 3l）。</li>
	<li>将增强膜的两端粘接到硅胶模块上。</li>
	<li>在模块顶部周围装上环形固定圈（图 3m）。</li>
	<li>向环形圈内倒入 2 g 硅胶，以使表面平整。</li>
	<li>在通风橱或 60°C 烘箱中让硅胶干燥。</li>
	<li>取下环形圈。</li>
	<li>对底部重复步骤 7.8 至 7.11（图 3n）。</li>
</ol>

<ol><li>Scott, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Completely+transvaginal+NOTES+cholecystectomy+using+magnetically+anchored+instruments%5BTitle%5D)+AND+%22Surgical+Endoscopy%22%5BJournal%5D)">Completely transvaginal NOTES cholecystectomy using magnetically anchored instruments.</a> Surgical Endoscopy. 21, 2308-2316 (2007).</li>
<li>Vitiello, V., Lee, S., Cundy, T., Yang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Robotic+Platforms+for+Minimally+Invasive+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Reviews+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Emerging Robotic Platforms for Minimally Invasive Surgery.</a> IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 111-126 (2013).</li>
<li>Vyas, L., Aquino, D., Kuo, C. -H., Dai, J. S., Dasgupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Robotics%5BTitle%5D)+AND+%22BJU+International%22%5BJournal%5D)">Flexible Robotics.</a> BJU International. 107, 187-189 (2011).</li>
<li>Degani, A., Choset, H., Wolf, A., Zenati, M. A. Highly articulated robotic probe for minimally invasive surgery. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 4167-4172 (2006).</li>
<li>Bajo, A., Dharamsi, L. M., Netterville, J. L., Garrett, C. G., Simaan, N. Robotic-assisted micro-surgery of the throat: The trans-nasal approach. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 232-238 (2013).</li>
<li>Burgner, J., Swaney, P. J., Lathrop, R. A., Weaver, K. D., Webster, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Debulking+From+Within%3A+A+Robotic+Steerable+Cannula+for+Intracerebral+Hemorrhage+Evacuation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Debulking From Within: A Robotic Steerable Cannula for Intracerebral Hemorrhage Evacuation.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 60, 2567-2575 (2013).</li>
<li>Tortora, G., Ranzani, T., De Falco, I., Dario, P., Menciassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Miniature+Robot+for+Retraction+Tasks+under+Vision+Assistance+in+Minimally+Invasive+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Robotics%22%5BJournal%5D)">A Miniature Robot for Retraction Tasks under Vision Assistance in Minimally Invasive Surgery.</a> Robotics. 3, 70-82 (2014).</li>
<li>Laschi, C., Cianchetti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Robotics%3A+new+perspectives+for+robot+bodyware+and+control%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioengineering+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Soft Robotics: new perspectives for robot bodyware and control.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2, (2014).</li>
<li>Loeve, A., Breedveld, P., Dankelman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scopes+too+flexible...and+too+stiff%5BTitle%5D)+AND+%22Pulse%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">Scopes too flexible...and too stiff.</a> Pulse, IEEE. 1, 26-41 (2010).</li>
<li>Cianchetti, M., Follador, M., Mazzolai, B., Dario, P., Laschi, C. Design and development of a soft robotic octopus arm exploiting embodied intelligence. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 5271-5276 (2012).</li>
<li>Bionic Handling Assistant, Festo. , Available from
 
 <a target="_blank" href="http://www.festo.com/cms/en_corp/9655.htm">http://www.festo.com/cms/en_corp/9655.htm</a> (2010).</li>
<li>Smith, K., Kier, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trunks%2C+tongues%2C+and+tentacles%3A+Moving+with+skeletons+of+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Trunks, tongues, and tentacles: Moving with skeletons of muscle.</a> American Scientist. 77, 28-35 (1989).</li>
<li>Walker, I. Some issues in creating “invertebrate” robots. International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines, , (2000).</li>
<li>McMahan, W., Jones, B., Walker, I. Design and implementation of a multi-section continuum robot: Air-octor. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. , 2578-2585 (2005).</li>
<li>Laschi, C., Mazzolai, B., Cianchetti, M., Margheri, L., Follador, M., Dario, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Soft+Robot+Arm+Inspired+by+the+Octopus%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Robotics+%28Special+Issue+on+Soft+Robotics%29%22%5BJournal%5D)">A Soft Robot Arm Inspired by the Octopus.</a> Advanced Robotics (Special Issue on Soft Robotics). 26, 709-727 (2012).</li>
<li>STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 European Project. , Available from
 
 <a target="_blank" href="http://www.stiff-flop.eu/">http://www.stiff-flop.eu/</a> (2011).</li>
<li>Chianchetti, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+robotics+technologies+to+address+shortcomings+in+today%E2%80%99s+minimally+invasive+surgery%3A+the+STIFF-FLOP+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">Soft robotics technologies to address shortcomings in today’s minimally invasive surgery: the STIFF-FLOP approach.</a> Soft Robotics. 1, 122-131 (2014).</li>
<li>Cheng, N. G., et al. Design and Analysis of a Robust, Low-cost, Highly Articulated manipulator enabled by jamming of granular media. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 4328-4333 (2012).</li>
<li>Cianchetti, M., Ranzani, T., Gerboni, G., De Falco, I., Laschi, C., Menciassi, A. STIFF-FLOP Surgical Manipulator: mechanical design and experimental characterization of the single module. Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS. , 3576-3581 (2013).</li>
<li>De Falco, I., Cianchetti, M., Menciassi, A. A soft and controllable stiffness manipulator for minimally invasive surgery: preliminary characterization of the modular design). Proceedings of 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , (2014).</li>
<li>De Falco, I., Cianchetti, M., Menciassi, A. STIFF-FLOP surgical manipulator: design and preliminary motion evaluation). Proceedings of 4th WorkShop on Computer/Robot Assisted Surgery (CRAS). , 131-134 (2014).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本方案中描述的技术能够制造一种可用于模块化柔顺结构的气动驱动软体单元。得益于模具的设计及其简单的组装方式，可在约4小时内通过7个主要步骤完成一个完整模块的制造。该制造过程涉及一些容易获取的特定材料，且操作应在通风橱中进行。需要一个包含气动阀门、空气压缩机和真空泵的外部装置，以实现模块的运动驱动和刚度增强。
为了制造柔性单元，对多种弹性体材料进行了力学测试，以选择最适合特定应用的材料。硅胶因其高柔韧性、低滞后性以及易于成型而被选用。
制造过程基于简单的步骤，但应讨论若干关键方面。协议第4节中所述的压痕编织护套的制备，始于内径为32 mm的商用聚酯编织护套。用于压痕的金属圆柱体的尺寸必须确保压痕结构的正确形成、为插入模块预留足够的空间（内径），以及压痕之间保持适当间距。这些特征使得模块在腔体充气时能够正常工作：当腔体充气时，护套的作用是限制硅胶的径向膨胀，避免腔体出现“气球效应”。较紧密的压痕可促进硅胶沿运动方向的膨胀，从而优化弯曲和伸长运动。此外，在加热护套时需特别小心，以防止过热导致材料降解。
<p class='jo...

近年来，医学领域的发展趋势是降低外科手术的侵入性。过去几年中，腹腔手术的微创外科技术（MIS）已得到显著改进。MIS 手术通常通过在腹壁上放置的四到五个通道（套管）引入器械进行操作。为了减少套管数量，可采用单孔腹腔镜手术（SPL）或经自然腔道内镜手术（NOTES）1。这些技术可避免体表可见的疤痕，但增加了临床医生实施手术的难度。这一局限性主要源于通路数量减少以及器械本身刚性或半刚性的特性，导致其难以绕过或避开器官2, 3。通过使用具有关节结构和超高自由度的机器人，可提升操作的灵活性与运动能力，从而覆盖更广、更复杂的操作空间，更便捷地到达体内特定目标区域4, 5, 6，并在需要时充当组织牵开装置7。柔性机械臂可提高与组织接触时的顺应性，从而使操作比传统器械更加安全。
然而，当到达目标位置时，这些机械臂通常缺乏稳定性，并且一般无法控制与周围组织的接触8, 9。近年来，对生物结构（如章鱼触手10和象鼻11）的研究启发了具有冗余自由度（DoFs）和可控刚度的柔性、可变形且顺应性强的机械臂设计12。这类装置利用被动弹簧、智能材料、气动元件或肌腱结构13, 14, 15。通常情况下，由柔软且柔性的材料制造的机械臂无法保证产生较大的作用力。
STIFF-FLOP（用于内镜手术和单孔腹腔镜手术的可变刚度、柔韧且可学习的操作臂）操作臂是一种受章鱼能力启发而设计的新型手术装置，最近已被提出。为了克服以往柔性操作臂的局限性，该装置不仅具有柔软的本体，还具备高灵巧性、高输出力和可控的刚度16。
该操纵器的结构基于模块化设计：多个具有相同结构和功能的单元被集成在一起。单个单元如图1所示。它基于一种通过多相制备工艺获得的弹性体圆柱体。模具组件的组装步骤和浇铸工艺使得三个用于流体驱动的空腔以及一个中空的中央通道17（用于容纳基于颗粒阻塞机制18的结构）被嵌入其中。这些空腔以120°均匀分布，因此它们的联合膨胀可产生全向运动和伸长。此外，在外部包裹一层编织护套，以限制流体腔在加压时的径向向外膨胀，从而优化腔体驱动对模块运动（弯曲和伸长）的作用效果。
中心通道容纳一个圆柱形装置，该装置由充满颗粒材料的外部膜构成。当施加真空压力时，其弹性性质发生变化，导致整体刚度增加，从而影响整个模块的性能。
运动和刚度性能由外部装置控制，该装置包括一个空气压缩机和三个用于驱动腔室的压力阀，以及一个用于在刚性增强通道中产生真空的真空泵。直观的用户界面可实现对模块内部驱动压力和真空压力的控制。
本文详细介绍了该操作器单个模块的制造过程，并报道了关于其基本运动能力的最重要结果。考虑到该装置的模块化特性，对单个模块的制造和性能进行评估，也有助于将结果推广并预测由两个或更多模块集成的多模块操作器的基本行为。

<table><tbody><tr><td>Ecoflex 00-50 试用装套件</td><td>SmoothOn</td><td></td><td>用于制造软体单元，需将等量的液体组分 A（基础剂）和组分 B（催化剂）混合</td></tr><tr><td>乳胶</td><td>Antichit&amp;agrave; Belsito</td><td></td><td>用于制造颗粒阻塞膜</td></tr><tr><td>过氧化物固化硅胶管</td><td>Cole Parmer</td><td>T-06411-59</td><td>用于驱动腔室并施加真空</td></tr><tr><td>可扩张编织聚酯（PET）护套</td><td>RS</td><td>408-249</td><td>用于制造外部编织护套</td></tr><tr><td>硅橡胶</td><td>Momentive</td><td>127374</td><td>用于将驱动管固定到模块上</td></tr><tr><td>Parafilm 封口膜</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>用于将乳胶膜固定到真空管上</td></tr><tr><td>Secuflow 通风橱</td><td>Groupe Waldner</td><td></td><td>工作空间</td></tr><tr><td>精密天平</td><td>KERN EW</td><td></td><td>用于称量硅胶、乳胶和咖啡粉</td></tr><tr><td>烘箱/脱泡机</td><td>Heraeus</td><td></td><td>用于对硅胶进行脱泡并缩短其固化时间</td></tr><tr><td>真空泵</td><td>DVP 真空技术公司</td><td></td><td>用于对乳胶膜施加真空</td></tr></tbody></table>

用于微创手术中软体模块化机器人的弹性单元设计与制造

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

近年来，由于软体机器人技术在非结构化环境中具有本质上的安全交互能力，其在医学领域引起了日益广泛的关注。与此同时，为降低外科手术的侵入性，新的手术方法和技术不断被开发出来。微创手术（Minimally Invasive Surgery, MIS）已成功应用于腹部手术干预，但传统的MIS手术主要依赖刚性或半刚性器械，限制了临床医生的操作灵巧性。本文介绍了一种用于微创手术的高灵巧性软体机械臂。该机械臂的设计灵感来源于章鱼触手的生物特性，并采用模块化设计理念。每个模块具有相同的功能特性，多个模块集成后可实现更高的灵巧性和多功能性。本文详细阐述了单个单元的设计、制造流程及所需材料，该单元通过在特定模具内浇铸硅胶制成。最终结构为一个弹性圆柱体，内部包含三个柔性气动驱动器，可实现单元的伸长和全向弯曲。外部编织护套可改善模块的运动性能。每个模块中心集成了基于颗粒阻塞效应的刚度调节机制，可在执行任务过程中动态改变结构刚度。实验结果表明，该模块最大弯曲角度可达120°，最大伸长量可达初始长度的66%。该模块可产生最大47 N的力，其刚度最高可增加36%。

协议中所述的制备各个阶段如图3所示。
为了评估该技术的有效性以及最终原型的性能，模块在不同工作条件下进行了测试。外部测试装置可同时控制模块的驱动和刚度。该装置包括一个空气压缩机，用于控制三个阀门。这些阀门连接至集成在腔室中的硅胶管，从而实现对腔室的加压。真空泵连接至集成在颗粒阻塞膜中的管道，用于控制模块的刚度。阀门和真空泵均连接至一块电子控制板，该控制板与一个直观的用户界面相连，可设定驱动压力和真空度的数值。
为了分析弯曲（图3）和伸长（图5）性能，将模块固定在底座上，并通过特定气压驱动腔室。模块的每个位置均由光学和磁性传感器获取。为了评估力（图6）和刚度（图7），由机械臂移动的载荷传感器可用于测量模块在不同方向上的性能。
弯曲测试（图4）用于评估模块的主动全向运动能力。...

本文介绍了用于手术操作器的柔性单元的设计与制造。该基础模块包含三个柔性流体驱动器，以实现全向弯曲和伸长，以及一个基于颗粒阻塞的机制，以实现刚度控制。同时报道了完整的机械表征结果。

近年来，由于软体机器人技术在医疗领域具有本质安全的交互特性，其受到的关注日益增加。

本方案的主要目标是制造一种柔性单元，用于集成到多模态操纵器中，以应用于微创手术。该方法通过展示如何优化具有高灵巧性和刚度调节能力的柔性操纵器的制备工艺，有助于解决软体机器人领域中的关键问题。该技术的主要优势在于其速度快且成本低廉。此外，最终产品可被复制以构建多模态架构，从而提升机械臂的性能。通常，初次接触该方法的人员会遇到困难，因为具有复杂形状的硅胶模块通常需要多阶段的制作流程，且优化过程往往耗时较长。该方法的可视化演示至关重要，因为外部移位器件的制备步骤较难掌握，这些步骤基于一种商用亮移位器件，但该器件已为最终用途进行了彻底改造。本实验操作将由我实验室的博士研究生Jada Bon和研究助理Margarita Blanco进行演示。取12克A组分和12克B组分，加入同一培养皿中并混合均匀，以制备硅胶。随后将混合后的硅胶置于真空压力为一个大气压的脱气装置（DGAs）中。保持材料处于真空状态，直至硅胶材料中的所有气泡完全去除。通常需要约10分钟。一旦材料完全无气泡，即释放真空并取出硅胶，此时硅胶已准备就绪，可供使用。通过先将加强圆筒和腔室顶部插入盖A中，然后闭合外壳，完成模具的组装。将硅胶倒入组装好的模具中，直至达到壳体的边缘。将烤箱温度设置为60摄氏度，并将注满硅胶的模具放入烤箱中。让硅胶固化约30分钟。去除固化硅胶的外部外壳以及盖帽 A。接着，从腔室基部将硅胶模块插入，并将加强圆筒插入盖帽 B 内。再次将外壳闭合于模块周围，并向上滑动 10 毫米，使模块上表面与外壳边缘之间留出 10 毫米的间隙。然后，在重新组装的模具内从顶部边缘向内浇注额外的硅胶，直至填满外壳顶部边缘。将新浇注的硅胶在 60 摄氏度的烘箱中固化约 30 分钟。取下外部壳帽 B 以及除加劲圆筒外的所有腔室。将直径为 3 毫米的硅胶管截成约 30 厘米长。在每根管子一端外侧的前10毫米处涂抹硅胶。然后将管子插入硅单元的2毫米专用通道内。让胶水固化12分钟。在室温下，剪取70厘米长的可扩张编织护套，然后将一根直径3厘米、长25厘米的金属圆柱体插入护套内。接着，向下推动并用力将护套压入圆柱体，以形成褶皱。从机械上，用夹具固定护套，并用加热枪在 350 摄氏度下加热 2 到 3 分钟。为了获得永久变形，让护套冷却至室温，然后移除内部圆柱体。将硅单元的管子穿过盖子 C 的孔。然后将 3 克 DGAs 硅胶倒入盖子 C 中，并将先前制备的模块底端滑入盖子 C 内。将压接好的护套套在模块周围，推动第一个压接部分进入盖子 C 并浸入刚倒入的硅胶中。将烤箱温度设为60摄氏度，将样品放入约20分钟。待硅胶固化后，使用盖帽D在另一侧重复相同操作，将护套固定在模块顶部。待顶部硅胶也完全固化后，分别从模块底部和顶部取下盖帽C和盖帽D。最后，从整个硅胶单元上取下加固圆筒。将数克液态乳胶倒入塑料杯中，将用于膜的圆筒浸入液态乳胶中，直至表面完全被覆盖。随后将其从乳胶中取出，并置于通风橱内干燥20分钟。然后再次将其浸入乳胶中形成第二层，并额外干燥20分钟。干燥后，将膜从模具中取出。将直径为2毫米的管子截成30厘米长。然后取一块10毫米×10毫米的尼龙织物，用超级胶水将织物封住管子的一端。接下来称取约4克颗粒状咖啡，并尽可能多地将粉末填入膜中。将管子的滤过端插入已填充的膜内，并将其固定在管子周围。使用塑料薄膜，在管的另一侧施加真空，以使膜变硬，然后将膜插入硅胶模块的空心中央通道内。接着，将增强膜的两端粘接到硅胶模块上。将环闭合在模块的底侧。向环内倒入一些新鲜的硅胶以使表面平整，并将硅胶在通风橱下晾干。最后，取下环，并对模块的上表面重复此操作。当三个腔室同时施加相同压力时，模块从零压力下的 50 毫米长度开始伸长，在 0.65 巴压力下达到 83.3 毫米，对应伸长量为 33.3 毫米，约为 66%。仅使用一个或两个腔室将导致装置发生弯曲。在单腔弯曲的情况下，该模块能够弯曲至120度，在双腔弯曲的情况下可弯曲至80度。在这两种情况下，当腔体充气压力达到约0.3 bar时，即开始发生显著弯曲。当单个腔体被驱动时，该模块能够产生24.1牛顿的力，而当三个腔体同时充气时，可产生高达47.1牛顿的力。一旦掌握，若操作得当，该技术可在四小时内完成。该技术为软体机器人领域的研究人员探索流体驱动、致动与可变刚度技术在柔性结构中的结合奠定了基础。观看本视频后，您应能充分理解如何管理软材料的 molding（模塑）过程，以及如何将柔性 3D 执行器与可变刚度机制集成。请注意，操作硅胶时，接触乳胶可能非常危险，因此执行此操作时，务必采取预防措施，例如在通风橱中操作并佩戴手套。

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本文展示了基于硅胶薄膜的介电弹性体软致动器的制备过程。详细介绍了生产的三个关键步骤：硅胶薄膜的刮刀浇铸、柔性电极的垫印印刷，以及所有组件的组装。...

硅基介电弹性体致动器的制备工艺

本方案介绍了一种基于杆状结构的方法，结合3D打印与软光刻技术，用于制备柔性抓取装置。该方法通过集成腔室组件，无需外部气源，同时降低了密封过程中发生堵塞的风险，尤其适用于微型化气动通道的制造。...

基于杆件的可定制软体机器人气动抓手装置 fabrication 用于精细组织操作

本文介绍了用于体外超声检查的定制化机器人操作臂的设计与实现。该系统具有五个自由度，其轻量化关节采用3D打印技术制造，并配备机械离合器以实现安全控制。...

定制化体外超声机器人操作臂的设计与实现

本方案提供了制造、控制和评估仿壁虎软体机器人攀爬性能所需执行步骤的详细列表。...

仿壁虎软体机器人的制造、控制与性能评估

本方案介绍了一种灵活的可穿戴式冗余机器人肢体，专为协助中风患者手指康复而设计。该设计采用弯曲传感器，以实现无缝的人机交互。通过对健康志愿者和中风患者进行实验验证，结果凸显了本研究方案的有效性与可靠性。...

一种适用于慢性中风患者的柔性可穿戴额外机器人肢体

近年来，机器人辅助手术已变得非常普及。本文展示了上消化道手术的标准操作流程，包括使用模块化机器人设备进行机器人辅助胃楔形切除术的演示。...

手术中的机器人技术：一种基于模块化机器人平台的胃楔形切除术

本方案在猪模型中演示了单孔（SP）机器人经肛全直肠系膜切除术（taTME），重点介绍了该手术的可操作性、技术步骤以及在微创直肠手术中的临床前应用价值。...

单孔机器人经肛全直肠系膜切除术在猪模型（Sus scrofa domesticus）中的应用

在脉动流生物反应器中培养的、带有血管平滑肌细胞的弹性 PGS...

弹性体 PGS 支架在动脉组织工程中的应用

本文介绍了一种通过光刻技术实现的无模具聚合物微针制备方案。...

通过光刻法制备聚合物微针阵列

学习软体机器人制造方法，用于微创手术中的多模态操作器集成。本技术展示快速低成本的柔性流体驱动器与颗粒阻塞刚度控制机制的制作流程，实现全向弯曲和伸缩功能。

用于微创手术中软体模块化机器人的弹性单元设计与制造

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