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

El objetivo general de este protocolo es fabricar una unidad blanda para integrarla en un manipulador multimodal destinado a cirugía mínimamente invasiva. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la robótica blanda al mostrar cómo optimizar el procedimiento de fabricación de un manipulador blando con alta destreza y capacidad de rigidez. La principal ventaja de esta técnica es que es muy rápida y de bajo costo.

Además, el producto final puede replicarse para producir una arquitectura multimodal que mejore el rendimiento del manipulador. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque los módulos de silicona con formas complejas suelen requerir un procedimiento de publicación en múltiples fases en el que la optimización suele ser un proceso que consume mucho tiempo. La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de fabricación del desplazamiento externo son difíciles de aprender debido a que se basan en un desplazamiento brillante comercial que se modifica completamente para el propósito final.

El procedimiento será demostrado por Jada Bon, estudiante de doctorado, y Margarita Blanco, asistente de investigación de mi laboratorio. Añada 12 gramos de la parte A y 12 gramos de la parte B en el mismo recipiente de Petri y mézclelos para preparar la silicona. Luego, coloque la silicona mezclada en una DGAs bajo una presión de vacío de un bar.

Mantenga el material bajo vacío hasta que se hayan eliminado todas las burbujas del material de silicona. Esto generalmente toma aproximadamente 10 minutos; una vez que los materiales estén completamente libres de burbujas, libere el vacío y retire la silicona, que ya está lista para usarse. Arme el molde insertando primero el cilindro de refuerzo y la parte superior de las cámaras en la tapa A, y luego cierre las carcasas alrededor de ellos.

Vierta la silicona dentro del molde ensamblado hasta el borde de las cubiertas. Configure el horno a una temperatura de 60 grados Celsius y coloque el molde lleno en el horno. Deje que la silicona cure durante aproximadamente 30 minutos.

Retire las cubiertas externas y la tapa A del silicona curada. A continuación, inserte los módulos de silicona desde la base de las cámaras y el cilindro de refuerzo dentro de la tapa B. Vuelva a cerrar las cubiertas alrededor del módulo, deslizándolas 10 milímetros hacia arriba para dejar un espacio de 10 milímetros entre la superficie superior del módulo y los bordes de las cubiertas. Vierta silicona adicional dentro del molde reorganizado hasta el borde de las cubiertas en el lado superior.

Deje curar el silicona recién vertida en un horno a 60 grados Celsius durante aproximadamente 30 minutos. Retire la tapa externa B y todas las cámaras excepto el cilindro de refuerzo. Corte tubos de silicona de tres milímetros de diámetro a una longitud de aproximadamente 30 centímetros.

Coloque pegamento de silicona alrededor del exterior de un extremo de cada tubo durante los primeros 10 milímetros. Luego inserte los tubos dentro de los canales dedicados de dos milímetros en la unidad de silicona.

Deje que el pegamento se cure durante 12 minutos. A temperatura ambiente, corte 70 centímetros de una funda trenzada extensible e inserte dentro de la funda un cilindro metálico de tres centímetros de diámetro y 25 centímetros de longitud. A continuación, empuje hacia abajo y fuerce la funda sobre el cilindro para crear ondulaciones.

Mecánicamente, fije la funda en su lugar con una abrazadera y caliéntela con una pistola de calor a 350 grados Celsius durante dos o tres minutos. Para obtener una deformación permanente, deje que la funda se enfríe hasta la temperatura ambiente y luego retire el cilindro interno. Pase los tubos de la unidad de silicona a través de los orificios de la tapa C. A continuación, vierta tres gramos de silicona DGA en la tapa C y deslice el lado inferior del módulo previamente fabricado dentro de la tapa C. Deslice la funda prensada alrededor del módulo y empuje los primeros prensados hacia el interior de la tapa C, sumergiéndolos en la silicona recién vertida.

Configure el horno a una temperatura de 60 grados Celsius y coloque la muestra durante aproximadamente 20 minutos. Una vez que la silicona esté curada, repita el mismo proceso en el otro lado utilizando la tapa D para fijar la funda en el lado superior. Una vez que la silicona también esté curada en el lado superior, retire ambas tapas C y D de la parte inferior y superior del módulo, respectivamente.

Finalmente, retire el cilindro de refuerzo de toda la unidad de silicona. Vierta unos gramos de látex líquido en un vaso de plástico y sumerja el cilindro para la membrana dentro del látex líquido hasta que la superficie quede completamente cubierta. Luego, retírelo del látex y deje secar la membrana bajo la campana durante 20 minutos.

Luego, forme una segunda capa sumergiéndola nuevamente en el látex y déjela secar durante 20 minutos adicionales. Una vez seca, retire la membrana del molde. Corte un tubo de dos milímetros de diámetro a una longitud de 30 centímetros.

Luego, tome un trozo de tejido de nailon de 10 milímetros por 10 milímetros y cierre un extremo del tubo con este tejido utilizando pegamento instantáneo. A continuación, pese aproximadamente cuatro gramos de café molido y llene la membrana tanto como sea posible con el polvo. Inserte el extremo filtrante del tubo dentro de la membrana llena y fíjelo alrededor del tubo.

Utilizando una película de plástico, aplique un vacío en el otro lado del tubo para rigidizar la membrana e inserte luego la membrana dentro del canal central vacío del módulo de silicona. A continuación, pegue los extremos de la membrana de refuerzo al módulo de silicona. Cierre el anillo alrededor del lado inferior del módulo.

Vierta silicona fresca en el anillo para nivelar la superficie y deje secar la silicona bajo una campana. Finalmente, retire los anillos y repita el procedimiento para el lado superior del módulo. Cuando las tres cámaras se activan simultáneamente con la misma presión, el módulo se alarga partiendo de una longitud de 50 milímetros a cero bares; con una presión de 0,65 bares, el módulo alcanza los 83,3 milímetros, lo que corresponde a un alargamiento de 33,3 milímetros, aproximadamente un 66 %. Al utilizar solo una o dos de las cámaras, el conjunto se doblará.

El módulo puede doblarse hasta 120 grados en el caso de un recinto que se dobla y hasta 80 grados para la flexión de dos recintos. En ambos casos, el doblado significativo comienza cuando los recintos se inflan aproximadamente a 0,3 bar. El módulo puede generar fuerzas desde 24,1 newtons cuando se acciona un recinto hasta 47,1 newtons cuando se inflan tres recintos.

Una vez dominada, esta técnica puede realizarse en cuatro horas si se lleva a cabo correctamente. Esta técnica allana el camino para que los investigadores en el campo de la robótica blanda exploren la combinación entre tecnologías fluidicas, de actuación y de rigidez variable para estructuras blandas. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo gestionar el moldeado de materiales blandos y cómo integrar calculadoras 3D flexibles con un mecanismo de rigidez variable.

No olvide que al trabajar con silicona, un látex puede ser realmente peligroso, y siempre se deben tomar precauciones, como trabajar bajo una campana extractora y usar guantes, mientras se realiza este procedimiento.