Conception et fabrication d'une unité élastomère pour Soft robots modulaires en chirurgie mini-invasive

L’objectif global de ce protocole est de fabriquer une unité logicielle à intégrer dans un manipulateur multimodal pour une utilisation en chirurgie mini-invasive. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la robotique douce en montrant comment optimiser le processus de fabrication d’un manipulateur souple doté de capacités de dextérité et de raidissement élevées. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est très rapide et peu coûteuse.

De plus, le produit final peut être répliqué pour produire une architecture multimodale améliorant les performances du manipulateur. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car les modules en silicone aux formes complexes nécessitent généralement une procédure de publication en plusieurs phases où l’optimisation prend souvent du temps. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car les étapes de fabrication du décalage externe sont difficiles à apprendre car elles sont basées sur un décalage lumineux commercial qui est complètement modifié pour l’objectif final.

Jada Bon, doctorante, et Margarita Blanco, assistante de recherche de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure. Ajoutez 12 grammes de la partie A et 12 grammes de la partie B dans la même boîte de Pétri et mélangez-les pour préparer le silicone. Placez ensuite le silicone mélangé dans un DGA sous une barre de pression sous vide.

Gardez le matériau sous vide jusqu’à ce que toutes les bulles aient été éliminées du matériau en silicone. Cela prend généralement environ 10 minutes une fois que les matériaux sont complètement exempts de la présence de bulles, libèrent le vide et retirent le silicone, qui est maintenant prêt à l’emploi. Assemblez le moule en insérant d’abord le cylindre de raidissement et le haut des chambres dans le capuchon A, puis en refermant les coquilles autour de celui-ci.

Versez le silicone à l’intérieur du moule assemblé jusqu’au bord des coques. Réglez le four à une température de 60 degrés Celsius et placez le moule rempli dans le four. Laissez le silicone durcir pendant environ 30 minutes.

Retirez les coques externes et le capuchon A du silicone durci. Ensuite, insérez les modules en silicone à partir de la base des chambres et le cylindre de raidissement à l’intérieur du capuchon B.Fermez à nouveau les coques autour du module, en les faisant glisser de 10 millimètres vers le haut afin d’avoir un espace de 10 millimètres entre la surface supérieure du module et les bords des coques. Versez du silicone supplémentaire à l’intérieur du moule réarrangé jusqu’au bord des coques sur la face supérieure.

Faites durcir le silicone fraîchement versé dans un four à 60 degrés Celsius pendant environ 30 minutes. Retirez les coquilles externes, le capuchon B et toutes les chambres sauf le cylindre de raidissement. Coupez des tubes de silicone de trois millimètres de diamètre à une longueur d’environ 30 centimètres.

Mettez de la colle de silicone autour de l’extérieur d’une extrémité de chaque tube pendant les 10 premiers millimètres. Insérez ensuite les tubes à l’intérieur des deux canaux dédiés millimétriques. Dans l’unité de silicium.

Laissez la colle durcir pendant 12 minutes. À température ambiante, coupez 70 centimètres d’une gaine tressée expansible, puis insérez un cylindre métallique de trois centimètres de diamètre et de 25 centimètres de long à l’intérieur de la gaine. Ensuite, poussez et forcez la gaine sur le cylindre afin de créer des sertissages.

Mécaniquement, fixez la gaine en place à l’aide d’une pince et chauffez-la avec un pistolet chauffant à 350 degrés Celsius pendant deux à trois minutes. Afin d’obtenir une déformation permanente, laissez la gaine refroidir à température ambiante puis retirez le cylindre interne. Passez les tubes de l’unité de silicone à travers les trous du capuchon C.Versez ensuite trois grammes de silicone DGA dans le capuchon C et glissez la face inférieure du module précédemment fabriqué dans le capuchon C.Faites glisser la gaine sertie autour du module et poussez les premières sertissages à l’intérieur du capuchon C et trempez-les dans le silicone fraîchement versé.

Réglez le four à une température de 60 degrés Celsius et placez l’échantillon pendant environ 20 minutes. Une fois le silicone durci, répétez le même processus de l’autre côté à l’aide du capuchon D pour fixer la gaine sur la face supérieure. Une fois que le silicone est également durci sur la face supérieure, retirez les capuchons C et D respectivement du bas et du haut du module.

Enfin, retirez le cylindre de raidissement de l’ensemble de l’unité de silicone. Versez quelques grammes de latex liquide dans un verre en plastique et plongez le cylindre de la membrane à l’intérieur du latex liquide jusqu’à ce que la surface soit complètement recouverte. Ensuite, retirez-le du latex et laissez la membrane sécher sous la capuche pendant 20 minutes.

Ensuite, formez une deuxième couche en l’immergeant à nouveau dans le latex et en le laissant sécher pendant 20 minutes supplémentaires. Une fois sèche, retirez la membrane du moule. Coupez un tube de deux millimètres de diamètre à une longueur de 30 centimètres.

Ensuite, prenez un morceau de tissu en nylon de 10 millimètres sur 10 millimètres et fermez une extrémité du tube avec ce tissu à l’aide de superglue. Ensuite, pesez environ quatre grammes de café granulé et remplissez la membrane autant que possible avec la poudre. Insérez l’extrémité filtrée du tube à l’intérieur de la membrane remplie et fixez-la autour du tube.

À l’aide d’un film plastique, appliquez un vide de l’autre côté du tube pour rigidifier la membrane, puis insérez la membrane à l’intérieur du canal central vide du module en silicone. Ensuite, collez les extrémités de la membrane de raidissement sur le module de silicone. Fermez l’anneau autour de la face inférieure du module.

Versez un peu de silicone frais dans l’anneau afin de niveler la surface et laissez sécher le silicone sous une cagoule. Enfin, retirez les anneaux et répétez la procédure pour la face supérieure du module. Lorsque les trois chambres sont actionnées simultanément avec la même pression, le module s’allonge à partir d’une longueur de 50 millimètres à zéro bar, le module atteint 83,3 millimètres avec une pression de 0,65 bar, ce qui correspond à un allongement de 33,3 millimètres, soit environ 66 %L’utilisation d’une ou deux seules des chambres provoquera la flexion de la configuration.

Le module est capable de se plier jusqu’à 120 degrés dans le cas d’un pliage à une chambre et jusqu’à 80 degrés dans le cas d’un pliage à deux chambres. Dans les deux cas, une flexion importante commence lorsque les chambres sont gonflées d’environ 0,3 bar. Le module est capable de générer des forces allant de 24,1 Newtons lorsqu’une chambre est actionnée jusqu’à 47,1 Newtons lorsque trois chambres sont gonflées.

Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quatre heures si elle est exécutée correctement. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs dans le domaine de la robotique douce pour explorer la combinaison entre les technologies fluidiques, d’action et de rigidité variable pour les structures molles. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de gérer le moulage de matériaux souples et d’intégrer des calculatrices 3D flexibles avec un mécanisme de rigidité variable.

N’oubliez pas que travailler avec du silicone, un latex peut être très dangereux et que des précautions, telles que travailler sous une hotte et porter des gants, doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.