Name: Konstruktion und Herstellung eines Elastomer-Einheit für Soft Modular Robots in die Minimal Invasive Chirurgie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Lernen Sie die Herstellung eines weichen Elastomer-Moduls für minimalinvasive chirurgische Manipulatoren. Diese schnelle, kostengünstige Methode ermöglicht omnidirektionales Biegen und Dehnen mit steuerbarer Steifigkeit.

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Diese Arbeit wurde von der Europäischen Kommission im Rahmen des europäischen Projekts STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 (#287728) unterstützt.

Hinweis: Dieses Protokoll beschreibt die Herstellungsphasen eines einzelnen Moduls, das die Fluidkammern aufweist, Versteifungskanal Betätigungs Pipelines und Außenmantel. Das folgende Verfahren muss unter einem Abzug und tragen Laborkittel und Handschuhe aus Sicherheitsgründen durchgeführt werden. Wie zuvor erwähnt, ist der Herstellungsprozess der elastomeren Einheit auf der sequentiellen Verwendung von Formen mit CAD-Software entwickelt, basierend. Sie sind von der 13 in 2 gezeigt und in Tabelle 1 aufgelistet Stücken. 1. Herstellung der Silikon <ol><li> Man wiegt 12 g von Teil A und 12 g Bestandteil B in der gleichen Kunststoffglas oder eine Petrischale und mischen sie zusammen, Rühren. Anmerkung: Material Verhältnisse können in Abhängigkeit von dem spezifischen verwendeten Silikons variieren, in diesem Fall besteht es aus zwei Teilen: Teil A (der Basis) und Teil B (der Katalysator). Gewichts 1B: sie werden proportional 1A verwendet. </li><li> Das Glas, das die Mischunged Silikonmaterialien in einem Entgaser Maschine bei 1 bar Unterdruck. Halten Sie das Glas unter Vakuum, bis alle Luftblasen aus dem Silikonmaterial entfernt wird. Für die verwendeten Silikon die Entgasung Vorgang dauert etwa 10 min. Sobald die Materialien sind völlig frei von der Anwesenheit von Blasen, Wiederherstellen des Atmosphärendrucks in die Maschine und Verwenden des Silikons. </li></ol> 2. Die Herstellung der silikon Modul <ol><li> Versammlung der Form. <ol><li> Legen Sie die Versteifungszylinder und die Spitze der Kammern in cap_A (Abbildung 3a). </li><li> Schließen Sie die Schalen um die zweite Schicht der cap_A. </li></ol></li><li> Erste Silikonguss. <ol><li> Gießen des Silikon innerhalb der zusammengesetzten Form bis an den Rand der Schalen (Abbildung 3b). </li><li> Plaziere die Form in einem Ofen bei 60 ° C für etwa 30 min. </li></ol></li><li> Umlagerung der Form. <ol><li> Entfernen Sie die äußeren Schalen und cap_A (Abbildung 3c). </li><li> Legen Sie die Zylinder von den Basen der Kammern und der Versteifungszylinderinnen cap_B (Abbildung 3d). </li><li> Schließen die Schalen wieder um das Modul, sie von 10 mm nach oben schieben, um einen Spalt von 10 mm zwischen der Oberseite des Moduls, und die Kanten der Schalen (3e) aufweisen. </li></ol></li><li> Zweiten Silikonguss. <ol><li> Gießen Silikon nach innen umgelagerten Form an den Rand der Schalen auf der Oberseite (das heißt auch zur Versteifung Zylinder) (Figur 3f). </li><li> Setzen der Form in einem Ofen bei 60 ° C für etwa 30 min. </li><li> Entfernen Sie die äußeren Schalen, cap_B und die Kammern (mit Ausnahme des Versteifungszylinder) (Abbildung 3 g). </li></ol></li></ol> 3. Einsetzen der Rohre <ol><li> Schneiden 3 Rohre mit dem gleichen gewünschten Länge (300 mm zum Beispiel). </li><li> Setzen silikon Kleber um ein Ende jeder Röhre für 10 mm, ohne OBstruk die Rohre. </li><li> Legen Sie die Rohre in den 2 mm dedizierte Kanäle in der silikonEinheit (Abbildung 3 h). </li><li> Erlauben eine Aushärtezeit von 12 Minuten bei Raumtemperatur oder setzen Sie das Modul in einem Ofen bei einer höheren Temperatur (50 ° - 60 °) zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses. </li></ol> 4. Herstellung des gekräuselten geflochtenen Mantel <ol><li> 700 mm ausgeschnitten aus einem dehnbaren geflochtenen Mantel (ca. 15-fache der Höhe des Moduls). </li><li> Setzen Sie einen metallischen Zylinder von 30 mm Durchmesser und 250 mm Länge im Inneren der Scheide. </li><li> Nach unten drücken und die Kraft der Hülle, indem Sie über den Zylinder, um Kräuselungen zu erstellen. </li><li> Mechanischen Fixierung der Hülle an Ort und Stelle mit einer Klemme und Wärme mit einer Heißluftpistole bei 350 ° C für 2-3 min, bis eine bleibende Verformung erhalten wird. </li><li> Lassen Sie den Mantel abkühlen lassen und den Innenzylinder zu entfernen. </li></ol> 5. Integration der Außenhülle <ol><li> Übergeben Sie dieRöhren durch die Löcher der cap_C. </li><li> Gießen Sie 3 g Silikon in cap_C. </li><li> Klemme cap_C auf einen Träger, der höher als der Arbeitsebene ist. </li><li> Setzen Sie die Unterseite des Moduls zuvor in cap_C hergestellt. </li><li> Schieben Sie die gekräuselte Hülle um das Modul. </li><li> Schieben Sie die ersten Sicken der Hülle im Inneren cap_C und tauchen sie in die frisch gegossenen Silikon (Abbildung 3i). </li><li> Setzen der Form in einem Ofen bei 60 ° C für ca. 20 min. </li><li> Wiederholen Sie den Vorgang ab Punkt von 5,1 bis 5,6, um die Hülle an der Oberseite zu befestigen, mit cap_D (Abbildung 3j). </li><li> Entfernen cap_C und cap_D. </li><li> Entfernen Sie den Zentralzylinder (Abbildung 3k). </li></ol> 6. Die Herstellung der Granular Jamming Membrane <ol><li> Gießen Sie 5 g von flüssigem Latex in ein Kunststoffglas. </li><li> Tauchen Sie den Zylinder für die Membran (letzte in 2 gezeigte Stück) im Inneren des flüssigen Latex, bis die Oberflächevollständig bedeckt ist. </li><li> Lassen Sie es unter einer Haube für 20 Minuten trocken. </li><li> Wiederholen Sie die Punkte 6.2 und 6.3. </li><li> Entfernen Sie die Membran aus der Form. </li></ol> 7. Einsetzen des Granular Jamming Membrane <ol><li> Geschnitten ein Rohr (2 mm im Durchmesser) auf die gewünschte Länge (300 mm zum Beispiel). </li><li> Schnitt einen quadratischen Stück von etwa 100 mm 2 aus Nylongewebe und schließt ein Ende des Rohrs bei der Verwendung einer Kunststofffolie oder Paraffin superglue diesem Gewebe. </li><li> Man wiegt 4 g Kaffeepulver und füllen Sie die Membran. </li><li> Stecken Sie den Schlauch (das Ende mit dem Filter) im Inneren der gefüllten Membran und fixieren Sie sie um das Rohr mit einer Kunststoffparaffinfilm. </li><li> Einen Unterdruck auf der anderen Seite des Rohres (die Membran steifer wird). </li><li> Legen Sie die Membran im Inneren des leeren zentralen Kanal des silikonModul (Abbildung 3l). </li><li> Kleben die Enden des Versteifungsmembran zu der Silikonmoduls. </li><li> Schließen Sie die Ringe um die SpitzeSeite des Moduls (Figur 3M). </li><li> Pour 2 g Silicon in die Ringe, um die Bodenhöhe. </li><li> Lassen Sie das Silikon trocken unter der Motorhaube oder in einem Ofen bei 60 °. </li><li> Entfernen Sie die Ringe. </li><li> Wiederholen von Punkten von 7,8 bis 7,11 für die Unterseite (Abbildung 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>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die in diesem Protokoll beschriebene Technik ermöglicht die Herstellung einer pneumatisch betätigten weichen Einheit, die für modulare nachgiebige Strukturen geeignet ist. Dank der Konstruktion der Formen und ihrer einfachen Montage ist es möglich, ein komplettes Modul in ca. 4 Stunden mit 7 Hauptschritten herzustellen. Bei der Herstellung werden spezielle Materialien verwendet, die leicht verfügbar sind, und die Arbeiten sollten unter einem Abzug durchgeführt werden. Ein externes Setup mit Luftventilen, Luftkompressor u...

Aktuelle Trends in der Medizin drängen auf eine Verringerung der Invasivität von chirurgischen Operationen. Minimal Invasive Chirurgie (MIS) wurde erfolgreich in den letzten Jahren für die Bauchoperationen verbessert. MIS Verfahren basieren auf der Verwendung von Werkzeugen durch vier oder fünf Zugangspunkte (Trokare) auf die Bauchdecke plaziert eingeführt wurde. Um die Anzahl der Trokare zu reduzieren, können die Instrumente durch Single Port Laparoskopie (SPL) oder Natural Orifice Translumenal endoskopische Chirurgie (NOTES) 1 eingefügt werden. Diese Verfahren verhindern, dass externe sichtbare Narben, aber erhöhen die Schwierigkeit für die Kliniker bei der Ausführung der Operation. Diese Beschränkung ist vor allem aufgrund der geringeren Zugangspunkte und der starren und halbstarren Art der Instrumente, die nicht in der Lage zu vermeiden oder zu laufen um Organe 2, können 3. Geschicklichkeit und Beweglichkeit mit Hilfe verbessert werden artikuliert und hyper-redundante Roboter, die eine breitere und komplexere Arbeitsbereich abdecken kann, thuns ermöglicht ein spezifisches Ziel im Körper leichter 4, 5, 6 zu erreichen und als Rückzugssysteme bei Bedarf 7 zu arbeiten. Eine flexible Manipulator Gewebe Compliance zu verbessern, wodurch Kontakt sicherer als mit herkömmlichen Werkzeugen. Allerdings sind diese Manipulatoren fehlt es oft an Stabilität, wenn das Ziel erreicht ist und in der Regel sie den Kontakt mit dem umgebenden Gewebe 8, nicht kontrollieren können 9. Studien zu biologischen Strukturen, wie der Oktopus Arm 10 und dem Elefantenrüssel 11, haben vor kurzem den Entwurf inspiriert flexibel, verformbar und konform Manipulatoren mit einer redundanten Anzahl von Freiheitsgraden (DoFs) und steuerbare Steifigkeit 12. Diese Art von Vorrichtungen verwenden passive Federn, intelligente Materialien, pneumatische Elemente, oder Sehnen 13, 14, 15. Im Allgemeinen Manipulatoren mit weichen und flexiblen Materialien hergestellt garantieren nicht für die Erzeugung hoher Kräfte. Ter STIFF-Flop (Steifigkeit steuerbaren Flexible und Lernfähig Manipulator für chirurgische Eingriffe) Manipulator wurde vor kurzem als neuartige chirurgische Vorrichtung für Notes und SPL inspiriert von der Krake Fähigkeiten vorgestellt. Um die Grenzen der früheren weichen Manipulatoren zu überwinden, hat es einen weichen Körper sowie eine hohe Fingerfertigkeit, hohe Kraft und steuerbare Steifigkeit 16. Die Architektur des Manipulators basiert auf einem modularen Ansatz: mehrere Geräte mit der gleichen Struktur und Funktionalitäten, miteinander integriert. Die Einheit ist in Abbildung 1 dargestellt. Es basiert auf einer von einem mehrphasigen Herstellungs erhaltenen elastomeren Zylinder auf. Die Montageschritte der Formteile und der Gießverfahren ermöglichen drei leere Kammern (für die fluidische Betätigung) und einen hohlen Zentralkanal 17 (für die Aufnahme eines granularen Verklemmen basierten Mechanismus 18) eingebettet werden. Die Kammern werden bei 120 ° gelegt, so daß dieir kombiniert Inflation produziert omnidirektionale Bewegung und Dehnung. Zusätzlich eine äußere geflochtene Hülle von außen angeordnet, um die nach außen gerichtete radiale Expansion der Fluidkammer zu begrenzen, wenn unter Druck gesetzt, wodurch die Wirkung der Kammer Betätigungs Optimierung in dem Modulbewegungs (Biegung und Dehnung). Der zentrale Kanal befindet sich eine zylindrische Vorrichtung von einer externen Membran mit körnigem Material gefüllt besteht. Wenn ein Unterdruck angelegt wird, ändert es seine elastischen Eigenschaften bewirkt eine Versteifung, die die Eigenschaften des gesamten Moduls auswirkt. Bewegung und Steifigkeit Leistungen werden durch eine externe Einrichtung, die einen Luftkompressor und drei Druckventile zur Ansteuerung der Kammern und eine Vakuumpumpe zur Aktivierung des Vakuums in der Versteifungskanal gesteuert. Eine intuitive Benutzeroberfläche ermöglicht die Steuerung der Betätigung und Vakuumdruck innerhalb des Moduls. Dieses Papier beschreibt die fabrication Prozess des einzelnen Moduls dieser Manipulator und berichtet über die wesentlichen Ergebnisse zu den grundlegenden Bewegungsfähigkeiten. Unter Berücksichtigung der modularen Beschaffenheit der Vorrichtung, die Beurteilung der Herstellung und Leistung der nur ein einzelnes Modul die Ergebnisse zu verlängern und dem Grundverhalten eines Multimodul-Manipulator die Integration von zwei oder mehr Modulen vorauszusagen.

<table><tbody><tr><td>Ecoflex 00-50 Trial Kit</td><td>SmoothOn</td><td></td><td>Wird für die Herstellung der weichen Einheit verwendet, wobei gleiche Mengen der flüssigen Teile A (die Basis) und B (der Katalysator) kombiniert werdenLatex</td></tr> <tr><td></td><td>Antichit&agrave; Belsito</td><td></td><td>Wird für die Herstellung der körnigen Jamming-Membran</td></tr> verwendet <tr><td>Peroxid-gehärteter Silikonschlauch</td><td>Cole Parmer</td><td>T-06411-59</td><td>Wird für die Betätigung der Kammern und das Auftragen von Vakuum-PET-expandierbarem</td></tr><tr><td>Geflechtschlauch</td><td>verwendet RS</td><td>408-249</td><td>Wird für die Herstellung des externen geflochtenen Mantels</td></tr><tr><td>verwendet Silikonkautschuk</td><td>Momentive</td><td>127374</td><td>Wird verwendet, um die Betätigungsrohre an der zu befestigen Modul</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Wird verwendet, um die Latexmembran an der Vakuumröhre</td></tr><tr><td>abzuziehen Secuflow</td><td>Groupe Waldner</td><td></td><td>Arbeitsraum</td></tr><tr><td>Präzisionswaage</td><td>KERN EW</td><td></td><td>Wird zum Wiegen von Silikon, Latex und Kaffeepulver</td></tr> verwendet <tr><td>Ofen/Entgaser</td><td>Heraeus</td><td></td><td>Wird verwendet, um das Silikon zu entgasen und seine Aushärtungszeit zu verkürzen</td></tr><tr><td>Vakuumpumpe</td><td>DVP-Vakuumtechnologie</td><td></td><td>Wird verwendet, um Vakuum auf die Latexmembran anzuwenden</td></tr></tbody></table>

konstruktion und herstellung eines elastomer-einheit für soft modular robots in die minimal invasive chirurgie

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

In den letzten Jahren haben weiche Robotik-Technologien geweckt zunehmendes Interesse in der Medizin aufgrund ihrer eigensicheren Interaktion in unstrukturierten Umgebungen. Zur gleichen Zeit, neue Verfahren und Techniken entwickelt worden, um die Invasivität von chirurgischen Eingriffen zu reduzieren. Minimal Invasive Chirurgie (MIS) wurde erfolgreich für Bauch Eingriffe verwendet werden, werden jedoch Standard MIS Verfahren vor allem auf starre oder halbstarre-Tools, die die Geschicklichkeit des Arztes beschränken basiert. Dieser Beitrag stellt eine weiche und hohe geschickten Manipulator für MIS. Der Manipulator wurde von den biologischen Funktionen des Krakarm inspiriert und ist mit einem modularen Ansatz entwickelt. Jedes Modul stellt die gleichen funktionellen Eigenschaften, wodurch eine hohe Bewegungsfreiheit und Vielseitigkeit, wenn mehrere Module integriert werden. Das Papier beschreibt die Konstruktion, Fertigung Prozess und die Materialien für die Entwicklung einer einzigen Einheit, die von castin hergestellt ist notwendigg Silikon innen spezifische Formen. Das Ergebnis besteht in einer Elastomerzylinder mit drei flexiblen pneumatischen Stellantrieben, die Dehnung und omni-direktionale Durchbiegung der Einheit zu ermöglichen. Eine äußere geflochtene Hülle verbessert die Bewegung der Baugruppe. In der Mitte jedes Moduls ein körniges Verklemmen basierten Mechanismus variiert die Steifigkeit der Struktur während der Aufgaben. Tests zeigen, dass das Modul in der Lage ist sich zu biegen bis 120 ° und bis zu 66% der ursprünglichen Länge zu verlängern auf. Das Modul erzeugt eine maximale Kraft von 47 N, und seine Steifigkeit kann bis zu 36% erhöhen.

Die verschiedenen Phasen der Herstellung, in dem Protokoll beschrieben, werden in 3 dargestellt. Um die Wirksamkeit der Technik und die Ergebnisse des endgültigen Prototyp zu bewerten, wurde das Modul in unterschiedlichen Arbeitsbedingungen getestet. Eine externe Einrichtung ermöglicht die Steuerung sowohl des Betätigungs und Steifigkeit der Baugruppe. Sie umfasst einen Luftkompressor, der drei Ventile aktiviert. Sie sind auf die in den Kammern integrierten silikonRohren ver...

Dieser Artikel beschreibt das Design und die Herstellung einer weichen Einheit für chirurgische Manipulatoren. Das Basismodul umfasst drei flexible fluidische Aktuatoren, um omnidirektionale Biegung und Dehnung zu erreichen, sowie einen auf granularen Verklemmungen basierenden Mechanismus, um die Steifigkeitssteuerung zu ermöglichen. Eine vollständige mechanische Charakterisierung wird ebenfalls berichtet.

Konstruktion und Herstellung eines Elastomer-Einheit für Soft Modular Robots in die Minimal Invasive Chirurgie

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls besteht darin, eine weiche Einheit herzustellen, die in einen multimodalen Manipulator für den Einsatz in der minimalinvasiven Chirurgie integriert werden kann. Diese Methode kann dazu beitragen, zentrale Fragen auf dem Gebiet der weichen Robotik zu beantworten, indem sie zeigt, wie das Herstellungsverfahren eines weichen Manipulators mit hoher Beweglichkeit und Versteifungsfähigkeit optimiert werden kann. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass sie sehr schnell und kostengünstig ist.Außerdem kann das Endprodukt repliziert werden, um eine multimodale Architektur zu erzeugen, die die Leistung des Manipulators verbessert. Im Allgemeinen haben Personen, die neu in dieser Methode sind, Schwierigkeiten, da Silikonmodule mit komplexen Formen üblicherweise ein mehrphasiges Publikationsverfahren erfordern, bei dem die Optimierung oft zeitaufwändig ist. Eine visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Herstellungsschritte für die externe Verschiebung schwer zu erlernen sind, da sie auf einer kommerziellen Hellenverschiebung basieren, die für den endgültigen Zweck vollständig modifiziert wird.Den Ablauf werden Jada Bon, Doktorandin, und Margarita Blanco, wissenschaftliche Mitarbeiterin aus meinem Labor, demonstrieren. Geben Sie 12 Gramm Teil A und 12 Gramm Teil B in dieselbe Petrischale und mischen Sie sie, um das Silikon vorzubereiten. Anschließend das gemischte Silikon in eine DGA unter einem Bar Vakuumdruck geben.Halten Sie das Material unter Vakuum, bis alle Blasen aus dem Silikonmaterial entfernt sind. Dies dauert typischerweise etwa 10 Minuten. Sobald die Materialien vollständig frei von Blasen sind, heben Sie das Vakuum auf und nehmen Sie das Silikon heraus, das nun gebrauchsfertig ist. Bauen Sie die Form zusammen, indem Sie zuerst den Versteifungszylinder und die Oberseite der Kammern in die Kappe A einsetzen und anschließend die Schalen darum schließen.Gießen Sie die Silikonmasse in die zusammengesetzte Form bis zum Rand der Schalen. Stellen Sie den Ofen auf eine Temperatur von 60 Grad Celsius ein und stellen Sie die gefüllte Form in den Ofen. Lassen Sie das Silikon etwa 30 Minuten lang aushärten.Entfernen Sie die äußeren Schalen und Kappe A vom ausgehärteten Silikon. Setzen Sie als Nächstes die Silikonmodule von der Basis der Kammern aus und den Versteifungszylinder in Kappe B ein. Schließen Sie die Schalen erneut um das Modul herum und schieben Sie sie um 10 Millimeter nach oben, sodass ein Spalt von 10 Millimetern zwischen der oberen Oberfläche des Moduls und den Kanten der Schalen verbleibt. Gießen Sie zusätzliches Silikon in die umgebaute Form, bis zum oberen Rand der Schalen.Den frisch gegossenen Silikon im Ofen bei 60 Grad Celsius etwa 30 Minuten aushärten lassen. Die äußeren Schalenkappen B sowie alle Kammern mit Ausnahme des Versteifungszylinders entfernen. Silikonschläuche mit einem Durchmesser von drei Millimetern auf eine Länge von etwa 30 Zentimetern abschneiden.Tragen Sie Silikonkleber auf die Außenseite eines Endes jedes Rohrs für die ersten 10 Millimeter auf. Stecken Sie anschließend die Rohre in die zwei Millimeter breiten speziellen Kanäle in der Silikoneinheit.Lassen Sie den Klebstoff 12 Minuten lang aushärten. Schneiden Sie bei Raumtemperatur 70 Zentimeter eines dehnbaren geflochtenen Schlauches zu und führen Sie anschließend einen metallischen Zylinder mit drei Zentimeter Durchmesser und 25 Zentimeter Länge in den Schlauch ein. Drücken Sie danach den Schlauch fest auf den Zylinder, um Falten zu erzeugen.Mechanisch die Hülle mit einer Klammer fixieren und mit einer Heißluftpistole bei 350 Grad Celsius zwei bis drei Minuten lang erhitzen. Um eine dauerhafte Verformung zu erzielen, die Hülle auf Raumtemperatur abkühlen lassen und anschließend den inneren Zylinder entfernen. Die Schläuche der Siliziumeinheit durch die Öffnungen der Kappe C führen. Anschließend drei Gramm der DGAs-Silikonmasse in Kappe C gießen und die zuvor hergestellte Unterseite des Moduls in Kappe C schieben. Die gecrimpte Hülle um das Modul schieben, die ersten Crimps in Kappe C hineinschieben und in das frisch gegossene Silikon eintauchen.Stellen Sie den Ofen auf eine Temperatur von 60 Grad Celsius ein und legen Sie die Probe etwa 20 Minuten lang hinein. Sobald das Silikon ausgehärtet ist, wiederholen Sie denselben Vorgang auf der anderen Seite, wobei Sie Kappe D verwenden, um die Hülle an der Oberseite zu befestigen. Sobald das Silikon auch an der Oberseite ausgehärtet ist, entfernen Sie sowohl Kappe C als auch Kappe D jeweils von der Unter- und Oberseite des Moduls. Entfernen Sie abschließend den Versteifungszylinder von der gesamten Siliziumeinheit. Gießen Sie einige Gramm flüssigen Latex in ein Plastikglas und tauchen Sie den Zylinder für die Membran in den flüssigen Latex ein, bis die Oberfläche vollständig bedeckt ist. Nehmen Sie ihn anschließend aus dem Latex heraus und lassen Sie die Membran 20 Minuten lang unter der Haube trocknen.Bilden Sie dann eine zweite Schicht, indem Sie die Membran erneut in den Latex tauchen und weitere 20 Minuten trocknen lassen. Entfernen Sie nach dem Trocknen die Membran aus der Form. Schneiden Sie ein zwei Millimeter durchmessendes Rohr auf eine Länge von 30 Zentimetern zu. Nehmen Sie dann ein 10 Millimeter mal 10 Millimeter großes Stück Nylongewebe und verschließen Sie ein Ende des Röhrchens mit diesem Gewebe unter Verwendung von Sekundenkleber. Wiegen Sie anschließend etwa vier Gramm gemahlenen Kaffee ab und füllen Sie die Membran so voll wie möglich mit dem Pulver. Führen Sie das filtrierende Ende des Röhrchens in die gefüllte Membran ein und befestigen Sie es darum.Unter Verwendung eines Kunststofffolie wird an der anderen Seite des Rohrs ein Vakuum angelegt, um die Membran zu versteifen, und anschließend wird die Membran in den leeren zentralen Kanal des Siliziummoduls eingesetzt. Danach werden die Enden der versteifenden Membran mit dem Silikonmodul verklebt. Schließen Sie den Ring an der Unterseite des Moduls.Geben Sie frisches Silikon in den Ring, um die Oberfläche zu glätten, und lassen Sie das Silikon unter einer Abzugshaube trocknen. Entfernen Sie abschließend die Ringe und wiederholen Sie den Vorgang für die Oberseite des Moduls. Wenn alle drei Kammern gleichzeitig mit demselben Druck betätigt werden, verlängert sich das Modul ausgehend von einer Länge von 50 Millimetern bei Null Bar; bei einem Druck von 0,65 Bar erreicht das Modul eine Länge von 83,3 Millimetern, was einer Dehnung von 33,3 Millimetern entspricht und etwa 66 % beträgt. Die Verwendung nur einer oder zwei Kammern führt dazu, dass sich die Vorrichtung verbiegt.Das Modul kann sich bis zu 120 Grad biegen, wenn eine Kammer aktiviert wird, und bis zu 80 Grad, wenn zwei Kammern gebogen werden. In beiden Fällen beginnt eine signifikante Biegung, sobald die Kammern auf etwa 0,3 bar aufgepumpt werden. Das Modul kann Kräfte von 24,1 Newton erzeugen, wenn eine Kammer aktiviert wird, und bis zu 47,1 Newton, wenn drei Kammern aufgepumpt werden.Wenn man die Technik einmal beherrscht, kann sie in vier Stunden durchgeführt werden, sofern sie ordnungsgemäß ausgeführt wird. Diese Technik ebnet den Weg dafür, dass Forscher auf dem Gebiet der weichen Robotik die Kombination von fluidischen Aktuatoren und Technologien mit variabler Steifigkeit für weiche Strukturen erforschen können. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die Formgebung von weichen Materialien handhabt und wie man flexible 3D-Aktuatoren mit einem Mechanismus variabler Steifigkeit integriert.Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit Silikon, bei Vorhandensein von Latex, wirklich gefährlich sein kann, und Vorsichtsmaßnahmen wie das Arbeiten unter einem Abzug und das Tragen von Handschuhen stets beachtet werden sollten, während dieser Prozedur.

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Bioengineering

Biotechnik

Wir haben ein Verfahren zur kostengünstigen und Rapid Prototyping von flüssigen Elastomergummispritzguss Geräte mithilfe Fused Deposition Modeling 3D-Drucker für den Formenbau und einem modifizierten Exsikkator als Flüssigkeitsinjektionssystem entwickelt.

Schnelle und Low-Cost-Prototyping für Medizinische Geräte mit 3D Printed Formen für Liquid Injection Molding

Dieses Manuskript zeigt den Herstellungsprozess für die Herstellung von dielektrischen Elastomer-Weichantrieben auf Basis von Silikonmembranen. Die drei wichtigsten Produktionsschritte werden im Detail vorgestellt: Klingenguss von dünnen Silikonmembranen; Tampondruck von nachgiebigen Elektroden; und die Montage aller Komponenten.

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

Dieses Protokoll beschreibt einen stabbasierten Ansatz, der 3D-Druck und weiche Lithographie-Techniken zur Herstellung der weichen Greifer kombiniert. Dieser Ansatz macht eine externe Luftquelle überflüssig, indem eine Kammerkomponente eingebaut wird, und reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Okklusion während des Versiegelungsprozesses, insbesondere bei miniaturisierten pneumatischen Kanälen.

Rod-basierte Herstellung von Anpassbare Weiche Robotic Pneumatic Gripper Geräte für empfindliche Gewebe Manipulation

Dieses Papier stellt die Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschalluntersuchung. Das System besitzt fünf Freiheitsgrade mit leichten Gelenke von 3D-Druck und einer mechanischen Kupplung für Sicherheitsmanagement gemacht.

Konzeption und Umsetzung eines maßgeschneiderten Robotic Manipulator für extra körperliche Ultraschall

Dieses Protokoll enthält eine detaillierte Liste der Schritte, die für die Herstellung, Steuerung und Bewertung der Kletterleistung eines gecko-inspirierten Weichroboters durchgeführt werden müssen.

Herstellung, Steuerung und Leistungsbewertung eines Gecko-inspirierten Softroboters

Dieses Protokoll führt eine flexible, tragbare, überzählige Robotergliedmaße ein, die auf die Unterstützung der Fingerrehabilitation von Schlaganfallpatienten zugeschnitten ist. Das Design enthält einen Biegesensor, um eine nahtlose Mensch-Roboter-Interaktion zu ermöglichen. Die Validierung durch Experimente sowohl mit gesunden Probanden als auch mit Schlaganfallpatienten unterstreicht die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Studie.

Ein flexibles, tragbares, überzähliges Roboterglied für Patienten mit chronischem Schlaganfall

Die robotergestützte Chirurgie hat in den letzten Jahren an Popularität gewonnen. Hier wird die Standardversorgung für Eingriffe im oberen Magen-Darm-Trakt vorgestellt, einschließlich einer Demonstration einer robotergestützten Magenkeilresektion mit einem modularen Robotergerät.

Robotik in der Chirurgie: Eine modulare, robotergestützte, plattformgetriebene Magenkeilresektion

Dieses Protokoll demonstriert die Single-Port (SP) robotische transanale totale mesorektale Exzision (taTME) in einem Schweinemodell und hebt die prozedurale Machbarkeit, technische Schritte und präklinische Anwendbarkeit für minimalinvasive rektale Chirurgie hervor.

Einport-robotische transanale totale mesorektale Exzision in einem Schweinemodell (Sus scrofa domesticus)

Elastomer-PGS Gerüste mit vaskulären glatten Muskelzellen in einem pulsatilen Fluss Bioreaktor kultiviert kann, um vielversprechende kleinem Durchmesser arteriellen Konstrukte mit nativen ECM-Produktion in einem relativ kurzen Zeitraum Kultur führen.

Elastomer-PGS Scaffolds in Arterial Tissue Engineering

Hier präsentieren wir ein Protokoll, das einen schimmelfreien Herstellungsprozess der polymeren Mikronadeln durch Photolithographie beschreibt.

Polymeren Mikronadelanordnung Fabrication durch Photolithographie

Lernen Sie die Herstellung eines weichen Elastomer-Moduls für minimalinvasive chirurgische Manipulatoren. Diese schnelle, kostengünstige Methode ermöglicht omnidirektionales Biegen und Dehnen mit steuerbarer Steifigkeit.

Konstruktion und Herstellung eines Elastomer-Einheit für Soft Modular Robots in die Minimal Invasive Chirurgie

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