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 para su uso en 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 capacidades de endurecimiento. La principal ventaja de esta técnica es que es muy rápida y de bajo costo.

Además, el producto final se puede replicar para producir una arquitectura multimodal mejorando el rendimiento del manipulador. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque los módulos de silicona con formas complejas generalmente requieren un procedimiento de publicación de varias fases donde la optimización a menudo lleva mucho tiempo. La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de fabricación de turnos externos son difíciles de aprender porque se basan en un turnos brillantes comerciales que se modifican completamente para el propósito final.

La demostración del procedimiento estará a cargo de Jada Bon, estudiante de doctorado, y Margarita Blanco, asistente de investigación de mi laboratorio. Añade 12 gramos de la parte A y 12 gramos de la parte B en la misma placa de Petri y mézclalos para preparar la silicona. A continuación, coloque la silicona mezclada en un DGA bajo una barra de presión de vacío.

Mantenga el material al vacío hasta que se hayan eliminado todas las burbujas del material de silicona. Esto suele tardar unos 10 minutos, una vez que los materiales están completamente libres de la presencia de burbujas, libere el vacío y retire la silicona, que ya está lista para usar. Ensamble el molde insertando primero el cilindro de refuerzo y la parte superior de las cámaras en la tapa A y luego cerrando las carcasas a su alrededor.

Vierta la silicona dentro del molde ensamblado hasta el borde de las cáscaras. Pon el horno a una temperatura de 60 grados centígrados y coloca el molde lleno en el horno. Deje que la silicona se cure durante unos 30 minutos.

Retire las cáscaras externas y la tapa A de la 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.Cierre las carcasas nuevamente alrededor del módulo, deslizándolas 10 milímetros hacia arriba para tener un espacio de 10 milímetros entre la superficie superior del módulo y los bordes de las carcasas. Vierta silicona adicional dentro del molde reorganizado hasta el borde de las cáscaras en la parte superior.

Cura la silicona recién vertida en un horno a 60 grados centígrados durante unos 30 minutos. Retire la tapa B de las carcasas externas y todas las cámaras excepto el cilindro de refuerzo. Corta tubos de silicona de tres milímetros de diámetro hasta una longitud de unos 30 centímetros.

Coloca pegamento de silicona alrededor de la parte exterior de un extremo de cada tubo durante los primeros 10 milímetros. A continuación, inserte los tubos dentro de los dos canales dedicados de milímetros. En la unidad de silicio.

Deja que el pegamento se cure durante 12 minutos. A temperatura ambiente, corte 70 centímetros de una funda trenzada expandible y luego inserte un cilindro metálico de tres centímetros de diámetro y 25 centímetros de largo dentro de la funda. A continuación, empuje hacia abajo y fuerce la funda sobre el cilindro para crear engarces.

Mecánicamente, fije la funda en su lugar con una abrazadera y caliéntela con una pistola térmica a 350 grados centígrados durante dos o tres minutos. Para obtener una deformación permanente, deje que la funda se enfríe a 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. Luego vierta tres gramos de silicona DGA en la tapa C y deslice la parte inferior del módulo previamente fabricada en la tapa C. Deslice la funda engarzada alrededor del módulo y empuje las primeras crimpadas dentro de la tapa C y sumérjalas en la silicona recién vertida.

Ponga el horno a una temperatura de 60 grados centígrados y coloque la muestra durante unos 20 minutos. Una vez que la silicona esté curada, repita el mismo proceso en el otro lado usando la tapa D para fijar la funda en la parte superior. Una vez que la silicona también esté curada en la parte superior, retire la tapa C y la tapa 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 esté completamente cubierta. Luego retírelo del látex y deje que la membrana se seque debajo de la capucha durante 20 minutos.

A continuación, forma una segunda capa sumergiéndola de nuevo en el látex y dejándola secar durante 20 minutos más. Una vez seco, retira la membrana del molde. Corta un tubo de dos milímetros de diámetro a una longitud de 30 centímetros.

A continuación, toma un trozo de tejido de nailon de 10 milímetros por 10 milímetros y cierra un extremo del tubo con este pañuelo con superpegamento. A continuación, pese alrededor de cuatro gramos de café granulado y llene la membrana tanto como sea posible con el polvo. Inserte el extremo filtrado del tubo dentro de la membrana llena y fíjelo alrededor del tubo.

Con una película de plástico, aplique un vacío en el otro lado del tubo para endurecer la membrana y luego inserte 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 de la parte inferior del módulo.

Vierta un poco de silicona fresca en el anillo para nivelar la superficie y deje que la silicona se seque debajo de una capucha. Finalmente, retire los anillos y repita el procedimiento para la parte superior del módulo. Cuando las tres cámaras se accionan simultáneamente con la misma presión, el módulo se alarga a partir de la longitud de 50 milímetros a cero bar, el módulo alcanza los 83,3 milímetros con 0,65 bar de presión, lo que corresponde a un alargamiento de 33,3 milímetros, que es aproximadamente el 66%.

El módulo es capaz de doblarse hasta 120 grados en el caso de flexión de una cámara y hasta 80 grados para el doblado de dos cámaras. En ambos casos, se inicia una flexión significativa cuando las cámaras se inflan aproximadamente 0,3 bar. El módulo es capaz de generar fuerzas desde 24,1 Newtons cuando se acciona una cámara hasta 47,1 newtons cuando se inflan tres cámaras.

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

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