Progettazione e Realizzazione di un'unità elastomerico per soft robot modulari in Chirurgia Mini-Invasiva

Summary

Questo documento descrive la progettazione e la fabbricazione di un'unità morbida per manipolatori chirurgici. Il modulo base include tre attuatori fluidici flessibili per ottenere la flessione e l'allungamento omnidirezionali e un meccanismo basato sull'inceppamento granulare per consentire il controllo della rigidità. Viene inoltre riportata una caratterizzazione meccanica completa.

Abstract

Negli ultimi anni, le tecnologie robotica morbidi hanno suscitato crescente interesse in campo medico a causa della loro interazione sicurezza intrinseca in ambienti non strutturati. Allo stesso tempo, nuove procedure e tecniche sono stati sviluppati per ridurre l'invasività delle operazioni chirurgiche. Chirurgia mininvasiva (MIS) è stato impiegato con successo per gli interventi addominali, procedure MIS però standard sono basati principalmente su strumenti rigidi o semirigidi che limitano la destrezza del clinico. Questo articolo presenta un manipolatore abile morbido e alto per MIS. Il manipolatore è ispirato le capacità biologiche del braccio di polpo, ed è stato progettato con un approccio modulare. Ogni modulo presenta le stesse caratteristiche funzionali, ottenendo così elevata destrezza e versatilità quando più moduli sono integrati. Dettagli La carta progettazione, processo di fabbricazione ed i materiali necessari per lo sviluppo di una singola unità, che è fabbricato da casting silicone all'interno di stampi specifici. Il risultato consiste in un cilindro elastomerico compresi tre attuatori pneumatici flessibili che consentono l'allungamento e flessione omnidirezionale dell'unità. Una guaina intrecciata esterna migliora il movimento del modulo. Nel centro di ogni modulo un meccanismo basato inceppamenti granulare varia la rigidezza della struttura durante l'attività. Le prove dimostrano che il modulo è in grado di piegare fino a 120 ° e di allungare fino al 66% della lunghezza iniziale. Il modulo genera una forza massima di 47 N, e la sua rigidità può aumentare fino al 36%.

Introduction

Le recenti tendenze in campo medico premono per una riduzione della invasività delle operazioni chirurgiche. Chirurgia mininvasiva (MIS) è stato migliorato con successo negli ultimi anni per le operazioni addominali. Procedure MIS sono basate sull'uso di strumenti introdotti attraverso quattro o cinque punti di accesso (Trequarti) poste sulla parete addominale. Al fine di ridurre il numero dei trocar, gli strumenti possono essere inseriti da porta singola Laparoscopia (SPL) o la chirurgia Natural Orifice transluminale endoscopica (NOTE) ^1. Queste procedure impediscono cicatrici visibili esterni, ma aumentano la difficoltà per i medici nell'esecuzio....

Protocol

Nota: Questo protocollo descrive le fasi di fabbricazione di un singolo modulo, che comprende le camere fluidici, irrigidimento canale, tubazioni di azionamento e guaina esterna. La seguente procedura deve essere eseguita sotto una cappa aspirante e indossando camice e guanti per motivi di sicurezza. Come precedentemente accennato, il processo di fabbricazione del dispositivo elastomerico è basato sull'uso sequenziale di stampi progettati con software CAD. Sono composte da 13 pezzi mostrati nella Figura 2 e elencati nella tabella 1.

1. Preparazione del silicone

1. Pesare 12 g ....

Results

Le varie fasi di fabbricazione, descritto nel protocollo, sono illustrati nella figura 3.

Per valutare l'efficacia della tecnica ei risultati del prototipo finale, il modulo è stato testato in diverse condizioni di lavoro. Un'installazione esterna permette il controllo sia l'azionamento e la rigidità del modulo. Esso comprende un compressore d'aria che attiva tre valvole. Essi sono collegati ai tubi siliconici integrati nelle camere e consentire loro pressurizzazione. Una po.......

Discussion

La tecnica descritta in questo protocollo consente la fabbricazione di un'unità morbida ad azionamento pneumatico utilizzabile per strutture modulari conformi. Grazie alla progettazione degli stampi e al loro semplice assemblaggio, è possibile realizzare un modulo completo in circa 4 ore con 7 passaggi principali. Il processo di fabbricazione coinvolge materiali specifici, che sono facilmente disponibili, e il lavoro deve essere svolto sotto una cappa aspirante. Per attivare il movimento e l'irrigidimento del modulo è ne.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Kit di prova Ecoflex 00-50	SmoothOn		Utilizzato per la fabbricazione dell'unità morbida, combinando quantità uguali di parti liquide A (la base) e B (il catalizzatore)
Lattice	Antichit. Belsito		Utilizzato per la fabbricazione della membrana di inceppamento granulare
Tubo in silicone polimerizzato con perossido	Cole Parmer	T-06411-59	Utilizzato per l'azionamento delle camere e l'applicazione
manicotto intrecciato espandibile in PET	RS	408-249	Utilizzato per la fabbricazione della guaina intrecciata esterna
Gomma siliconica	Momentive	127374	Utilizzato per fissare i tubi di attuazione al modulo
Parafilm	Cole Parmer	EW-06720-40	Utilizzato per fissare la membrana in lattice al tubo a vuoto
Cappa aspirante Secuflow	Groupe Waldner		Spazio di lavoro
Bilancia di precisione	KERN EW		Utilizzato per pesare silicone, lattice e polvere di caffè
Forno/degasatore	Heraeus		Utilizzato per degassare il silicone e ridurne il tempo di polimerizzazione
Pompa a vuoto		del vuoto DVP	Utilizzato per applicare il vuoto alla membrana in lattice