Diseño y fabricación de una Unidad de elastómero de suaves modulares Robots en Cirugía Mínimamente Invasiva

Resumen

Este artículo describe el diseño y la fabricación de una unidad blanda para manipuladores quirúrgicos. El módulo base incluye tres actuadores fluídicos flexibles para lograr una flexión y elongación omnidireccionales, y un mecanismo basado en atascos granulares para permitir el control de la rigidez. También se reporta una caracterización mecánica completa.

Resumen

En los últimos años, las tecnologías de robótica blandos han despertado un creciente interés en el campo de la medicina debido a su interacción intrínsecamente seguro en entornos no estructurados. Al mismo tiempo, los nuevos procedimientos y técnicas se han desarrollado para reducir la invasividad de las operaciones quirúrgicas. Cirugía mínimamente invasiva (MIS) se ha empleado con éxito para las intervenciones abdominales, los procedimientos de embargo estándar MIS se basan principalmente en herramientas rígidas o semi-rígidas que limitan la habilidad del clínico. Este trabajo presenta un manipulador diestro suave y alto para MIS. El manipulador se inspiró en las capacidades biológicas del brazo de pulpo, y está diseñado con un enfoque modular. Cada módulo presenta las mismas características funcionales, logrando así la máxima destreza y versatilidad a la hora más módulos están integrados. El documento detalla el diseño, la fabricación y el proceso de los materiales necesarios para el desarrollo de una sola unidad, que se fabrica por casting de silicona interior moldes específicos. El resultado consiste en un cilindro elastomérico incluyendo tres actuadores neumáticos flexibles que permiten el alargamiento y la flexión omnidireccional de la unidad. Una funda trenzada externa mejora el movimiento del módulo. En el centro de cada módulo de un mecanismo basado-jamming granular varía la rigidez de la estructura durante las tareas. Las pruebas demuestran que el módulo es capaz de doblar hasta 120 ° y para alargar hasta 66% de la longitud inicial. El módulo genera una fuerza máxima de 47 N, y su rigidez puede aumentar hasta 36%.

Introducción

Las tendencias recientes en el campo de la medicina están presionando para una reducción de la capacidad de invasión de las operaciones quirúrgicas. Cirugía mínimamente invasiva (MIS) se ha mejorado con éxito en los últimos años para las operaciones abdominales. Procedimientos de MIS se basan en el uso de herramientas introducidos a través de cuatro o cinco puntos de acceso (trocares) colocados en la pared abdominal. Con el fin de reducir el número de trócares, los instrumentos pueden ser insertados por un solo puerto Laparoscopia (SPL) o la cirugía por orificios naturales Endoscópica Transluminal (NOTAS) ^1. Estos procedimientos evitan cicatrices visibles ....

Protocolo

Nota: Este protocolo describe las fases de fabricación de un solo módulo, que incluye las cámaras de fluidos, de rigidización de canales, tuberías de accionamiento y la vaina externa. El siguiente procedimiento debe ser ejecutado bajo una campana de humos y con bata de laboratorio y guantes por razones de seguridad. Como se mencionó anteriormente, el proceso de fabricación de la unidad elastomérico se basa en el uso secuencial de moldes diseñados con el software de CAD. Se componen de las 13 piezas que se muestran en la Figura 2 y en la Tabla 1 se enumeran.

1. Preparación d....

Resultados

Las diversas fases de la fabricación, que se describe en el Protocolo, se ilustran en la Figura 3.

Con el fin de evaluar la efectividad de la técnica y los resultados de la prototipo final, el módulo se probó en diferentes condiciones de trabajo. Una configuración externa permite el control tanto de la actuación y la rigidez del módulo. Incluye un compresor de aire que activa tres válvulas. Están conectados a los tubos silicónicos integrados en las cámaras y.......

Discusión

La técnica descrita en este protocolo permite la fabricación de una unidad blanda accionada neumáticamente utilizable para estructuras modulares compatibles. Gracias al diseño de los moldes y su sencillo montaje, es posible fabricar un módulo completo en aproximadamente 4 horas con 7 pasos principales. El proceso de fabricación involucra materiales específicos, que están fácilmente disponibles, y el trabajo debe llevarse a cabo bajo una campana extractora. Es necesaria una configuración externa que incluya válvulas de ai.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Ecoflex 00-50 Trial Kit	SmoothOn		Se utiliza para la fabricación de la unidad blanda, combinando cantidades iguales de partes líquidas A (la base) y B (el catalizador)
Látex	Antichità Belsito		Se utiliza para la fabricación de la membrana de atasco granular
Tubo de silicona curado con peróxido	Cole Parmer	T-06411-59	Se utiliza para accionar las cámaras y aplicar funda
trenzada expandible de PET	RS	408-249	Se utiliza para la fabricación de la funda trenzada externa
Caucho de silicona	Momentive	127374	Se utiliza para fijar los tubos de accionamiento al módulo
Parafilm	Cole Parmer	EW-06720-40	Se utiliza para fijar la membrana de látex al tubo
de vacío Campana de gases Secuflow	Groupe Waldner		Espacio de trabajo
Báscula de precisión	KERN EW		Se utiliza para pesar silicona, látex y café en polvo
Horno/desgasificador	Heraeus		Se utiliza para desgasificar la silicona y reducir su tiempo de curado
Bomba de vacío		de vacío DVP	Se utiliza para aplicar vacío a la membrana de látex