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

L'obiettivo generale di questo protocollo è quello di fabbricare un'unità morbida da integrare in un manipolatore multimodale per l'uso in chirurgia minimamente invasiva. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della robotica morbida, mostrando come ottimizzare la procedura di fabbricazione di un manipolatore morbido con elevata destrezza e capacità di irrigidimento. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è molto veloce e a basso costo.

Inoltre, il prodotto finale può essere replicato per produrre un'architettura multimodale che migliora le prestazioni del manipolatore. In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché i moduli in silicone con forme complesse di solito richiedono una procedura di pubblicazione in più fasi mentre l'ottimizzazione richiede spesso molto tempo. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto le fasi di fabbricazione del turno esterno sono difficili da apprendere perché si basano su un cambio luminoso commerciale che viene completamente modificato per lo scopo finale.

A dimostrare la procedura saranno Jada Bon, dottoranda e Margarita Blanco, assistente di ricerca del mio laboratorio. Aggiungere 12 grammi di parte A e 12 grammi di parte B nella stessa capsula di Petri e mescolarli insieme per preparare il silicone. Quindi posizionare il silicone miscelato in un DGA sotto una barra di pressione del vuoto.

Tenere il materiale sotto vuoto fino a quando tutte le bolle non sono state rimosse dal materiale siliconico. Questo richiede in genere circa 10 minuti una volta che i materiali sono completamente privi della presenza di bolle, rilasciare il vuoto e rimuovere il silicone, che ora è pronto per l'uso. Assemblare lo stampo inserendo prima il cilindro di irrigidimento e la parte superiore delle camere nel tappo A, quindi chiudendo i gusci attorno ad esso.

Versare il silicone all'interno dello stampo assemblato fino al bordo dei gusci. Impostare il forno a una temperatura di 60 gradi Celsius e inserire lo stampo riempito nel forno. Lasciare indurire il silicone per circa 30 minuti.

Rimuovere i gusci esterni e il cappuccio A dal silicone polimerizzato. Successivamente, inserire i moduli in silicone dalla base delle camere e dal cilindro di irrigidimento all'interno del tappo B.Richiudere i gusci attorno al modulo, facendoli scorrere di 10 millimetri verso l'alto in modo da avere uno spazio di 10 millimetri tra la superficie superiore del modulo e i bordi dei gusci. Versare altro silicone all'interno dello stampo riorganizzato fino al bordo dei gusci sul lato superiore.

Polimerizzare il silicone appena versato in forno a 60 gradi Celsius per circa 30 minuti. Rimuovere il guscio esterno, il tappo B e tutte le camere tranne il cilindro di irrigidimento. Tagliare tubi di silicone di tre millimetri di diametro a una lunghezza di circa 30 centimetri.

Metti la colla siliconica intorno all'esterno di un'estremità di ogni tubo per i primi 10 millimetri. Successivamente inserire i tubi all'interno dei due canali dedicati al millimetro. Nell'unità in silicone.

Lasciare indurire la colla per 12 minuti. A temperatura ambiente, tagliare 70 centimetri di guaina trecciata espandibile e poi inserire all'interno della guaina un cilindro metallico di tre centimetri di diametro lungo 25 centimetri. Quindi, spingere verso il basso e forzare la guaina sul cilindro per creare crimpature.

Meccanicamente, fissare la guaina in posizione con un morsetto e riscaldarla con una pistola riscaldante a 350 gradi Celsius per due o tre minuti. Per ottenere una deformazione permanente, lasciare raffreddare la guaina a temperatura ambiente e quindi rimuovere il cilindro interno. Passare i tubi dall'unità in silicone attraverso i fori del tappo C.Quindi versare tre grammi di silicone DGA nel cappuccio C e far scorrere il lato inferiore del modulo precedentemente fabbricato nel cappuccio C.Far scorrere la guaina crimpata attorno al modulo e spingere le prime crimpature all'interno del cappuccio C e immergerle nel silicone appena versato.

Impostare il forno a una temperatura di 60 gradi Celsius e posizionare il campione per circa 20 minuti. Una volta indurito il silicone, ripetere lo stesso processo sull'altro lato utilizzando il cappuccio D per fissare la guaina sul lato superiore. Una volta che il silicone è indurito anche sul lato superiore, rimuovere sia il cappuccio C che il cappuccio D rispettivamente dalla parte inferiore e superiore del modulo.

Infine, rimuovere il cilindro di irrigidimento dall'intera unità di silicone. Versare alcuni grammi di lattice liquido in un bicchiere di plastica e immergere il cilindro per la membrana all'interno del lattice liquido fino a coprire completamente la superficie. Quindi rimuoverlo dal lattice e lasciare asciugare la membrana sotto la cappa per 20 minuti.

Formare quindi un secondo strato immergendolo nuovamente nel lattice e lasciandolo asciugare per altri 20 minuti. Una volta asciutta, rimuovere la membrana dallo stampo. Tagliare un tubo di due millimetri di diametro a una lunghezza di 30 centimetri.

Quindi prendi un pezzo di tessuto di nylon di 10 millimetri per 10 millimetri e chiudi un'estremità del tubo con questo tessuto usando la supercolla. Successivamente, pesare circa quattro grammi di caffè granulato e riempire il più possibile la membrana con la polvere. Inserire l'estremità filtrata del tubo all'interno della membrana riempita e fissarla attorno al tubo.

Utilizzando una pellicola di plastica, applicare un vuoto sull'altro lato del tubo per irrigidire la membrana e quindi inserire la membrana all'interno del canale centrale vuoto del modulo in silicone. Quindi, incollare le estremità della membrana di irrigidimento al modulo in silicone. Chiudere l'anello attorno al lato inferiore del modulo.

Versare del silicone fresco nell'anello in modo da livellare la superficie e lasciare asciugare il silicone sotto una cappa. Infine, rimuovere gli anelli e ripetere la procedura per il lato superiore del modulo. Quando tutte e tre le camere vengono azionate contemporaneamente con la stessa pressione, il modulo si allunga a partire dalla lunghezza di 50 millimetri a zero bar, il modulo raggiunge gli 83,3 millimetri con 0,65 bar di pressione, che corrisponde a un allungamento di 33,3 millimetri, che è circa il 66%L'utilizzo di solo una o due delle camere causerà la flessione della configurazione.

Il modulo è in grado di piegarsi fino a 120 gradi nel caso di curvatura a una camera e fino a 80 gradi per la piegatura a due camere. In entrambi i casi, una flessione significativa inizia quando le camere vengono gonfiate di circa 0,3 bar. Il modulo è in grado di generare forze da 24,1 Newton quando una camera viene azionata fino a 47,1 newton quando tre camere sono gonfiate.

Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in quattro ore se eseguita correttamente. Questa tecnica apre la strada ai ricercatori nel campo della robotica morbida per esplorare la combinazione tra tecnologie fluidiche, di azione e di rigidità variabile per strutture morbide. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come gestire lo stampaggio di materiali morbidi e di come integrare calcolatori 3D flessibili con un meccanismo di rigidità variabile.

Non dimenticare che lavorare con il silicone, un lattice può essere davvero pericoloso e le precauzioni, come lavorare sotto la cappa aspirante e indossare i guanti, dovrebbero essere sempre prese durante l'esecuzione di questa procedura.