Name: Ontwerp en de fabricage van een elastomeer Unit voor Soft Modulaire Robots bij minimaal invasieve chirurgie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Leer de fabricage van een zachte eenheid voor modulaire robots in minimaal invasieve chirurgie. Deze methode combineert flexibele fluidische actuatoren met een granulair jamming-mechanisme voor stijfheidsregeling.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door de EC in het kader van het Europese project STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 (#287728).

Opmerking: Dit protocol beschrijft de vervaardiging fasen van een enkele module, waarbij de vloeibare kamers omvat verstijving kanaal bediening pijpleidingen en uitwendige mantel. De volgende procedure heeft onder een zuurkast en het dragen van laboratoriumjas en handschoenen om veiligheidsredenen uit te voeren. Zoals eerder vermeld, wordt het fabricageproces van de elastomere eenheid op basis van de opeenvolgende toepassing van matrijzen ontworpen met CAD software. Ze zijn samengesteld uit de 13 stukken in figuur 2 en tabel 1 opgesomd. 1. Voorbereiding van het Silicone <ol><li> Weeg 12 g van deel A en 12 g deel B in dezelfde plastic glas of een petrischaal en meng ze samen, roeren. Opmerking: Materiaal verhoudingen variëren afhankelijk van de specifieke gebruikte silicone, in dit geval bestaat uit twee delen: deel A (de basis) en deel B (katalysator). Ze worden gebruikt in verhouding 1A: 1B gewicht. </li><li> Plaats het glas met de mixed siliconen materialen in een ontgasser machine 1 bar onderdruk. Houd het glas onder vacuüm totdat alle luchtbellen worden verwijderd uit het siliconenmateriaal. Voor de gebruikte siliconen het ontgassingsproces duurt ongeveer 10 minuten. Zodra de materialen zijn volledig vrij van de aanwezigheid van bellen, het herstel van de atmosferische druk in de machine en gebruikt de siliconen. </li></ol> 2. Fabricage van de Siliconic Module <ol><li> Assemblage van de mal. <ol><li> Plaats het verstijvingslichaam cilinder en de bovenkant van de kamers in cap_A (figuur 3a). </li><li> Sluit de schelpen rond de tweede laag van cap_A. </li></ol></li><li> Eerst silicone gieten. <ol><li> Giet de siliconen in de geassembleerde vorm tot aan de rand van de schalen (figuur 3b). </li><li> Plaats de vorm in een oven bij 60 ° C gedurende ongeveer 30 min. </li></ol></li><li> Herschikking van de mal. <ol><li> Verwijder de externe schelpen en cap_A (figuur 3c). </li><li> Steek de cilinders van de bases van de kamers en de verstijving cilinder binnenkant cap_B (figuur 3d). </li><li> Sluit de schalen opnieuw rond de module te schuiven van 10 mm naar boven om een gat van 10 mm tussen het bovenvlak van de module en de randen van de schalen (figuur 3e) heeft. </li></ol></li><li> Tweede silicone gieten. <ol><li> Giet het silicone in het herschikte vorm tot aan de rand van de houders op de bovenzijde (dus ook aan het verstijvingelement cilinder) (Figuur 3f). </li><li> Zet de mal in een oven bij 60 ° C gedurende ongeveer 30 min. </li><li> Verwijder de externe schelpen, cap_B en de kamers (behalve de verstijving cilinder) (figuur 3g). </li></ol></li></ol> 3. Plaatsen van de buizen <ol><li> Snij 3 buizen dezelfde gewenste lengte (300 mm bijvoorbeeld). </li><li> Doe siliconic lijm over één uiteinde van elke buis van 10 mm, zonder obconstrueren de buizen. </li><li> Plaats de buizen in de 2 mm speciale kanalen in de siliconic unit (figuur 3h). </li><li> Laat een hardingstijd van 12 minuten bij kamertemperatuur of zet de module in een oven bij een hogere temperatuur (50 ° - 60 °) te versnellen het droogproces. </li></ol> 4. Fabricage van de Crimped gevlochten schede <ol><li> Snij 700 mm van een expandeerbaar gevlochten mantel (ongeveer 15 keer de hoogte van de module). </li><li> Plaats een metalen cilinder van 30 mm diameter en 250 mm in lengte in de schede. </li><li> Duw en dwingen de mantel door glijden over de cilinder, om plooien te maken. </li><li> Mechanisch bevestigen de huls vast met een klem en warmte met een pistool verwarmen bij 350 ° C gedurende 2-3 min tot een blijvende vervorming verkregen. </li><li> Laat de schede afkoelen en verwijder de interne cilinder. </li></ol> 5. Integratie van de externe schede <ol><li> Passeer debuizen door de gaten van cap_C. </li><li> Pour 3 g van siliconen in cap_C. </li><li> Klem cap_C aan een drager die hoger is dan het werkvlak. </li><li> Plaats de onderzijde van de module vooraf vervaardigd tot cap_C. </li><li> Schuif de gekrompen schede rond de module. </li><li> Duw de eerste plooien van de mantel binnen cap_C en dompel ze in de vers gegoten siliconen (figuur 3i). </li><li> Zet de mal in een oven bij 60 ° C gedurende ongeveer 20 min. </li><li> Herhaal deze procedure vanaf punt 5,1-5,6 naar de mantel aan de bovenzijde vast te stellen, met behulp van cap_D (figuur 3j). </li><li> Verwijder cap_C en cap_D. </li><li> Verwijder de centrale cilinder (Figuur 3k). </li></ol> 6. Fabricage van de Granular Jamming Membrane <ol><li> Giet 5 g vloeibare latex in een plastic glas. </li><li> Dompel de cilinder voor het membraan (laatste stuk getoond in figuur 2) in de vloeibare latex tot het oppervlakvolledig bedekt. </li><li> Laat onder een kap voor 20 minuten drogen. </li><li> Herhaal de punten 6.2 en 6.3. </li><li> Verwijder het membraan uit de matrijs. </li></ol> 7. Plaatsen van de Granular Jamming Membrane <ol><li> Snijd een buis (2 mm diameter) op de gewenste lengte (300 mm bijvoorbeeld). </li><li> Snij een vierkant stuk van ongeveer 100 mm 2 van nylon weefsel en sluit één einde van de buis met het weefsel met een plastic folie paraffine of superlijm. </li><li> Weeg 4 g koffie poeder en vul het membraan. </li><li> Plaats de buis (het uiteinde met het filter) in de gevulde membraan en repareren om de buis met een kunststof folie paraffine. </li><li> Breng een vacuüm aan de andere kant van de buis (het membraan stijver). </li><li> Plaats het membraan in het lege centrale kanaal van de siliconic module (Figuur 3l). </li><li> Lijm de einden van de verstijvende membraan naar de silicone module. </li><li> Sluit de ringen rond de topzijde van de module (Figuur 3m). </li><li> Pour 2 g silicone in de ringen om het maaiveld. </li><li> Laat de silicone droog onder motorkap of in een oven bij 60 °. </li><li> Verwijder de ringen. </li><li> Herhaal van punten 7,8-7,11 voor de onderkant (Figuur 3n). </li></ol>

<ol><li>Scott, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Completely+transvaginal+NOTES+cholecystectomy+using+magnetically+anchored+instruments%5BTitle%5D)+AND+%22Surgical+Endoscopy%22%5BJournal%5D)">Completely transvaginal NOTES cholecystectomy using magnetically anchored instruments.</a> Surgical Endoscopy. 21, 2308-2316 (2007).</li>
<li>Vitiello, V., Lee, S., Cundy, T., Yang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Robotic+Platforms+for+Minimally+Invasive+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Reviews+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Emerging Robotic Platforms for Minimally Invasive Surgery.</a> IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 111-126 (2013).</li>
<li>Vyas, L., Aquino, D., Kuo, C. -H., Dai, J. S., Dasgupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+Robotics%5BTitle%5D)+AND+%22BJU+International%22%5BJournal%5D)">Flexible Robotics.</a> BJU International. 107, 187-189 (2011).</li>
<li>Degani, A., Choset, H., Wolf, A., Zenati, M. A. Highly articulated robotic probe for minimally invasive surgery. Proceedings of IEEE International Conference on Robotics and Automation. , 4167-4172 (2006).</li>
<li>Bajo, A., Dharamsi, L. M., Netterville, J. L., Garrett, C. G., Simaan, N. Robotic-assisted micro-surgery of the throat: The trans-nasal approach. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 232-238 (2013).</li>
<li>Burgner, J., Swaney, P. J., Lathrop, R. A., Weaver, K. D., Webster, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Debulking+From+Within%3A+A+Robotic+Steerable+Cannula+for+Intracerebral+Hemorrhage+Evacuation%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Debulking From Within: A Robotic Steerable Cannula for Intracerebral Hemorrhage Evacuation.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 60, 2567-2575 (2013).</li>
<li>Tortora, G., Ranzani, T., De Falco, I., Dario, P., Menciassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Miniature+Robot+for+Retraction+Tasks+under+Vision+Assistance+in+Minimally+Invasive+Surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Robotics%22%5BJournal%5D)">A Miniature Robot for Retraction Tasks under Vision Assistance in Minimally Invasive Surgery.</a> Robotics. 3, 70-82 (2014).</li>
<li>Laschi, C., Cianchetti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Robotics%3A+new+perspectives+for+robot+bodyware+and+control%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Bioengineering+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Soft Robotics: new perspectives for robot bodyware and control.</a> Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2, (2014).</li>
<li>Loeve, A., Breedveld, P., Dankelman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scopes+too+flexible...and+too+stiff%5BTitle%5D)+AND+%22Pulse%2C+IEEE%22%5BJournal%5D)">Scopes too flexible...and too stiff.</a> Pulse, IEEE. 1, 26-41 (2010).</li>
<li>Cianchetti, M., Follador, M., Mazzolai, B., Dario, P., Laschi, C. Design and development of a soft robotic octopus arm exploiting embodied intelligence. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 5271-5276 (2012).</li>
<li>Bionic Handling Assistant, Festo. , Available from
 
 <a target="_blank" href="http://www.festo.com/cms/en_corp/9655.htm">http://www.festo.com/cms/en_corp/9655.htm</a> (2010).</li>
<li>Smith, K., Kier, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trunks%2C+tongues%2C+and+tentacles%3A+Moving+with+skeletons+of+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22American+Scientist%22%5BJournal%5D)">Trunks, tongues, and tentacles: Moving with skeletons of muscle.</a> American Scientist. 77, 28-35 (1989).</li>
<li>Walker, I. Some issues in creating “invertebrate” robots. International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines, , (2000).</li>
<li>McMahan, W., Jones, B., Walker, I. Design and implementation of a multi-section continuum robot: Air-octor. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. , 2578-2585 (2005).</li>
<li>Laschi, C., Mazzolai, B., Cianchetti, M., Margheri, L., Follador, M., Dario, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Soft+Robot+Arm+Inspired+by+the+Octopus%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Robotics+%28Special+Issue+on+Soft+Robotics%29%22%5BJournal%5D)">A Soft Robot Arm Inspired by the Octopus.</a> Advanced Robotics (Special Issue on Soft Robotics). 26, 709-727 (2012).</li>
<li>STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 European Project. , Available from
 
 <a target="_blank" href="http://www.stiff-flop.eu/">http://www.stiff-flop.eu/</a> (2011).</li>
<li>Chianchetti, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+robotics+technologies+to+address+shortcomings+in+today%E2%80%99s+minimally+invasive+surgery%3A+the+STIFF-FLOP+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">Soft robotics technologies to address shortcomings in today’s minimally invasive surgery: the STIFF-FLOP approach.</a> Soft Robotics. 1, 122-131 (2014).</li>
<li>Cheng, N. G., et al. Design and Analysis of a Robust, Low-cost, Highly Articulated manipulator enabled by jamming of granular media. IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), , 4328-4333 (2012).</li>
<li>Cianchetti, M., Ranzani, T., Gerboni, G., De Falco, I., Laschi, C., Menciassi, A. STIFF-FLOP Surgical Manipulator: mechanical design and experimental characterization of the single module. Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS. , 3576-3581 (2013).</li>
<li>De Falco, I., Cianchetti, M., Menciassi, A. A soft and controllable stiffness manipulator for minimally invasive surgery: preliminary characterization of the modular design). Proceedings of 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). , (2014).</li>
<li>De Falco, I., Cianchetti, M., Menciassi, A. STIFF-FLOP surgical manipulator: design and preliminary motion evaluation). Proceedings of 4th WorkShop on Computer/Robot Assisted Surgery (CRAS). , 131-134 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De techniek die in dit protocol wordt beschreven, maakt de fabricage van een pneumatisch aangedreven zachte eenheid mogelijk, die bruikbaar is voor modulaire compliante structuren. Dankzij het ontwerp van de mallen en hun eenvoudige assemblage, is het mogelijk om in ongeveer 4 uur een complete module te fabriceren met 7 hoofdstappen. Het fabricageproces omvat specifieke materialen, die gemakkelijk verkrijgbaar zijn, en het werk moet onder een afzuigkap worden uitgevoerd. Een externe installatie met luchtkleppen, luchtcom...

Recente ontwikkelingen in de medische wereld dringen aan op een vermindering van de invasiviteit van chirurgische operaties. Minimaal Invasieve Chirurgie (MIS) met succes is verbeterd in de afgelopen jaren voor buikoperaties. MIS procedures zijn gebaseerd op het gebruik van instrumenten ingebracht via vier of vijf toegangspunten (trocars) dat in de buikwand. Om het aantal trocars te verminderen, kunnen de instrumenten worden ingebracht door de Single Port Laparoscopie (SPL) of Natural Orifice transluminale Endoscopische chirurgie (NOTES) 1. Deze procedures voorkomen dat externe zichtbare littekens, maar verhoging van de moeilijkheidsgraad van de clinici in het uitvoeren van de operatie. Deze beperking is vooral te wijten aan de verminderde punten van de toegang en de stijve en semi-rigide aard van de instrumenten, die niet in staat zijn om te voorkomen of pas rond organen 2, kan 3. Handigheid en beweeglijkheid verbeterd worden met behulp van gelede en hyper-redundante robots die een breder en meer complexe werkruimte kan dekken, thons mogelijk een specifiek doel in het lichaam gemakkelijker te bereiken 4, 5, 6 en werken als inklapsystemen zonodig 7. Een flexibele manipulator kan verbeteren weefsel compliance, waardoor contact veiliger dan door de traditionele instrumenten. Maar deze manipulators vaak niet stabiliteit bij het ​​doelwit wordt bereikt en in het algemeen kunnen ze niet het contact met het omringende weefsel 8, controle 9. Onderzoek naar biologische structuren, zoals inktvis arm 10 en de olifant slurf 11 zijn geïnspireerd onlangs het ontwerp van flexibel, vervormbaar en compliant manipulatoren met een redundante aantal vrijheidsgraden (DoFs) en controleerbaar stijfheid 12. Dit soort apparaten maken gebruik van passieve bronnen, slimme materialen, pneumatische elementen, of pezen 13, 14, 15. In het algemeen, manipulatoren gefabriceerd met zachte en flexibele materialen niet garanderen dat de generatie van grote krachten. THij STIJF-FLOP (stijfheid controleerbaar Flexibel en leerbaar manipulator voor chirurgische operaties) manipulator is onlangs gepresenteerd als een nieuw chirurgisch instrument voor notities en SPL geïnspireerd door de octopus de mogelijkheden. Om de beperkingen van eerdere zachte manipulators overwinnen, heeft een zacht lichaam en hoge beweeglijkheid, grote kracht en controleerbare stijfheid 16. De architectuur van de manipulator is een modulaire aanpak: meervoudige eenheden met dezelfde structuur en functionaliteit, samen geïntegreerd. De eenheid is weergegeven in figuur 1. Het is gebaseerd op een elastomere cilinder verkregen door een uit meerdere fabricage. De assemblage stappen van de schimmel componenten en de casting processen staat drie lege kamers (voor vloeibare bediening) en een holle centrale kanaal 17 (voor de huisvesting van een granulaire-jamming gebaseerd mechanisme 18) worden ingebed. De kamers worden geplaatst bij 120 °, zodat deir gecombineerd inflatie produceert omnidirectionele beweging en rek. Daarnaast externe gevlochten mantel extern geplaatst om de buitenwaartse radiale expansie van de vloeibare kamers te beperken wanneer druk gebracht, waardoor het effect van de kamer bediening optimaliseren in de module beweging (buiging en rek). Het centrale kanaal bevindt zich een cilindrische inrichting bestaande uit een extern membraan gevuld met korrelig materiaal. Wanneer een vacuümdruk wordt toegepast, zijn elastische eigenschappen verandert waardoor een verstijving die eigenschappen van de gehele module beïnvloedt. Beweging en stijfheid prestaties worden bestuurd door een externe opstelling zoals een luchtcompressor en drie drukkleppen voor het bedienen van de kamers en een vacuümpomp voor het activeren van het vacuüm in het verstijvingelement kanaal. Een intuïtieve gebruikersinterface maakt het mogelijk de controle over activering en vacuüm druk in de module. Dit document beschrijft de fabrication proces van de enkele module van deze manipulator en rapporteert de meest significante resultaten op basis beweging mogelijkheden. Gezien de modulaire aard van de inrichting, de beoordeling van de fabricage en uitvoering van één enkele module maakt het ook mogelijk de te uitgebreid en de fundamentele eigenschappen van een multi-module manipulator integratie van twee of meer modules voorspellen.

<table><tbody><tr><td>Ecoflex 00-50 Trial Kit</td><td>SmoothOn</td><td></td><td>Wordt gebruikt voor het fabriceren van de zachte eenheid, door gelijke hoeveelheden vloeibare delen A (de basis) en B (de katalysator) te combineren</td></tr><tr><td>Latex</td><td>Antichit&agrave; Belsito</td><td></td><td>Wordt gebruikt voor het fabriceren van de granulaire jammembraan</td></tr><tr><td>Peroxide-Cured Silicone Tubing</td><td>Cole Parmer</td><td>T-06411-59</td><td>Wordt gebruikt voor het activeren van de kamers en het toepassen van vacuüm</td></tr><tr><td>PET expandeerbaar gevlochten omhulsel</td><td>RS</td><td>408-249</td><td>Wordt gebruikt voor het fabriceren van de externe gevlochten mantel</td></tr><tr><td>Silicone Rubber</td><td>Momentive</td><td>127374</td><td>Wordt gebruikt om de actuatorbuizen aan het module te bevestigen</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-06720-40</td><td>Wordt gebruikt om de latexmembraan aan de vacuümbuis te bevestigen</td></tr><tr><td>Fume hood Secuflow</td><td>Groupe Waldner</td><td></td><td>Werkruimte</td></tr><tr><td>Precisieschaal</td><td>KERN EW</td><td></td><td>Wordt gebruikt om siliconen, latex en koffiepoeder te wegen</td></tr><tr><td>Oven/degasser</td><td>Heraeus</td><td></td><td>Wordt gebruikt om de siliconen te ontgassen en de uithardingstijd te verminderen</td></tr><tr><td>Vacuumpomp</td><td>DVP Vacuum Technology</td><td></td><td>Wordt gebruikt om vacuüm toe te passen op de latexmembraan</td></tr></tbody></table>

ontwerp en de fabricage van een elastomeer unit voor soft modulaire robots bij minimaal invasieve chirurgie

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

De laatste jaren hebben zachte robotica technologieën wekte toenemende belangstelling in de medische vanwege hun intrinsiek veilige interactie ongestructureerde omgevingen. Tegelijkertijd zijn nieuwe procedures en technieken ontwikkeld om het invasieve chirurgische ingrepen verminderen. Minimaal invasieve chirurgie (MIS) is met succes toegepast voor abdominale interventies worden echter standaard MIS procedures hoofdzakelijk gebaseerd op stijve of halfstijve hulpmiddelen die de beweeglijkheid van de clinicus te beperken. Dit document presenteert een zachte en hoge behendige manipulator voor MIS. De manipulator is geïnspireerd op de biologische mogelijkheden van de octopus arm, en is ontworpen met een modulaire aanpak. Elke module biedt dezelfde functionele eigenschappen, waardoor het bereiken van een hoge beweeglijkheid en veelzijdigheid als er meer modules zijn geïntegreerd. Het document beschrijft de ontwerp, fabricageproces en de materialen die nodig zijn voor de ontwikkeling van een enkele eenheid, die wordt gefabriceerd door casting siliconen binnenkant specifieke schimmels. Het resultaat bestaat uit een elastomeer cilinder waaronder drie flexibele pneumatische aandrijvingen die rek en omni-directionele buiging van het apparaat mogelijk te maken. Een externe gevlochten mantel verbetert de beweging van de module. In het midden van elke module varieert granulaire jamming-gebaseerde mechanisme de stijfheid van de constructie tijdens de taken. Tests tonen aan dat de module in staat te buigen tot 120 ° en langwerpige tot 66% van de oorspronkelijke lengte. De module genereert een maximale kracht van 47 N en de stijfheid kan oplopen tot 36%.

De verschillende fasen van de vervaardiging, in het protocol, worden geïllustreerd in figuur 3. Om de doeltreffendheid van de techniek en de resultaten van de uiteindelijke prototype te evalueren, werd de module getest in verschillende werkomstandigheden. Een externe opstelling laat controle van zowel de aansturing en stijfheid van de module. Het omvat een luchtcompressor dat drie kleppen activeert. Ze zijn verbonden met de buizen siliconic geïntegreerd in de kamers en laten...

Dit artikel beschrijft het ontwerp en de fabricage van een zachte eenheid voor chirurgische manipulatoren. De basismodule omvat drie flexibele vloeistof actuatoren om omnidirectioneel buigen en verlenging te bereiken, en een korrelig jamming-gebaseerd mechanisme om stijfheidscontrole mogelijk te maken. Ook wordt een volledige mechanische karakterisering gerapporteerd.

Ontwerp en de fabricage van een elastomeer Unit voor Soft Modulaire Robots bij minimaal invasieve chirurgie

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Het algemene doel van dit protocol is het vervaardigen van een zachte eenheid die geïntegreerd kan worden in een multimodale manipulator voor gebruik bij minimaal invasieve chirurgie. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van de zachte robotica door aan te tonen hoe het fabricageproces van een zachte manipulator met hoge behendigheid en verstijvingsmogelijkheden geoptimaliseerd kan worden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze zeer snel en goedkoop is.Daarnaast kan het eindproduct worden gereproduceerd om een multimodale architectuur te creëren die de prestaties van de manipulator verbetert. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben, omdat siliconenmodules met complexe vormen gewoonlijk een meerfasig publicatieproces vereisen en optimalisatie vaak tijdrovend is. Een visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, aangezien de fabricagestappen voor de externe verschuiving moeilijk aan te leren zijn omdat ze gebaseerd zijn op een commerciële heldere verschuiving die volledig is aangepast voor het uiteindelijke doel.De procedure zal worden gedemonstreerd door Jada Bon, PhD-student, en Margarita Blanco, onderzoeksassistent uit mijn laboratorium. Voeg 12 gram van deel A en 12 gram van deel B toe aan dezelfde Petrischaal en meng deze om de siliconen voor te bereiden. Plaats de gemengde siliconen vervolgens in een DGA onder een vacuümdruk van één bar.Houd het materiaal onder vacuüm totdat alle luchtbellen uit het silicone materiaal zijn verwijderd. Dit duurt gewoonlijk ongeveer 10 minuten. Zodra de materialen volledig vrij zijn van bellen, wordt het vacuüm opgeheven en wordt het silicone verwijderd, dat nu klaar is voor gebruik. Assembleer de mal door eerst de verstevigingscilinder en de bovenkant van de kamers in dop A te plaatsen en vervolgens de schalen eromheen te sluiten.Giet de siliconen in de geassembleerde mal tot aan de rand van de schalen. Stel de oven in op een temperatuur van 60 °C en plaats de gevulde mal in de oven. Laat de siliconen ongeveer 30 minuten uitharden.Verwijder de externe schalen en dop A van de uitgeharde siliconen. Plaats vervolgens de siliconenmodules vanaf de basis van de kamers en de verstevigingscilinder in dop B. Sluit de schalen opnieuw rond de module en schuif deze 10 millimeter omhoog, zodat er een opening van 10 millimeter ontstaat tussen het bovenste oppervlak van de module en de randen van de schalen. Giet extra siliconen in de opnieuw gerangschikte mal tot aan de rand van de schalen aan de bovenzijde.Hard de vers gegoten siliconen uit in een oven bij 60 °C gedurende ongeveer 30 minuten. Verwijder de externe dop B van de behuizing en alle kamers, behalve de verstevigingscilinder. Snijd siliconen buisjes met een diameter van drie millimeter op een lengte van ongeveer 30 centimeter.Breng siliconenkit aan rond de buitenkant van één uiteinde van elke buis over de eerste 10 millimeter. Steek de buizen vervolgens in de speciale kanalen van twee millimeter in de siliconenunit.Laat de lijm 12 minuten uitharden. Snijd bij kamertemperatuur 70 centimeter van een uitzetbare gevlochten mantel af en plaats vervolgens een metalen cilinder met een diameter van drie centimeter en een lengte van 25 centimeter in de mantel. Duw daarna de mantel met kracht op de cilinder om krimpvormen te creëren.Fixeer de mantel mechanisch met een klem en verhit deze met een föhn op 350 degrees Celsius gedurende twee tot drie minuten. Om een permanente vervorming te verkrijgen, laat u de mantel afkoelen tot kamertemperatuur en verwijdert u vervolgens de interne cilinder. Haal de buisjes van de siliconeneenheid door de gaten van dop C. Giet vervolgens drie gram DGAs silicone in dop C en schuif de onderzijde van de eerder vervaardigde module in dop C. Schuif de gecrimpte mantel om de module, duw de eerste crimps in dop C en dompel deze onder in de vers gegoten silicone.Stel de oven in op een temperatuur van 60 °C en plaats de sample er ongeveer 20 minuten in. Zodra de siliconen zijn uitgehard, herhaalt u hetzelfde proces aan de andere zijde, waarbij dop D wordt gebruikt om de sheath aan de bovenzijde vast te zetten. Wanneer de siliconen aan de bovenzijde ook zijn uitgehard, verwijdert u respectievelijk dop C en dop D van de onder- en bovenkant van de module.Verwijder ten slotte de verstevigingscilinder uit de volledige siliconenunit. Giet enkele grammen vloeibare latex in een plastic glas en dompel de cilinder voor het membraan in de vloeibare latex tot het oppervlak volledig is bedekt. Verwijder deze vervolgens uit de latex en laat het membraan gedurende 20 minuten drogen onder de zuigkap.Vorm vervolgens een tweede laag door het membraan opnieuw in de latex te dompelen en nog 20 minuten te laten drogen. Verwijder het membraan uit de mal zodra het droog is. Snijd een buis met een diameter van twee millimeter op een lengte van 30 centimeter.Neem vervolgens een stuk nylon weefsel van 10 millimeter bij 10 millimeter en sluit één uiteinde van de buis af met dit weefsel met behulp van secondelijm. Weeg daarna ongeveer vier gram korrelkoffie af en vul het membraan zoveel mogelijk met het poeder. Steek het gefiltreerde uiteinde van de buis in het gevulde membraan en bevestig dit rond de buis.Breng met behulp van een plastic folie een vacuüm aan aan de andere zijde van de buis om het membraan te verstevigen en voer het membraan vervolgens in het lege centrale kanaal van de siliconenmodule in. Lijm daarna de uiteinden van het verstevigde membraan aan de siliconenmodule. Sluit de ring rond de onderzijde van de module.Giet wat verse siliconen in de ring om het oppervlak te egaliseren en laat de siliconen onder een afzuigkap drogen. Verwijder ten slotte de ringen en herhaal de procedure voor de bovenzijde van de module. Wanneer alle drie de kamers gelijktijdig met dezelfde druk worden geactiveerd, rekt de module uit; uitgaande van een lengte van 50 millimeters bij nul bar, bereikt de module 83,3 millimeters bij een druk van 0,65 bar, wat overeenkomt met een verlenging van 33,3 millimeters, wat ongeveer 66% is. Het gebruik van slechts één of twee van de kamers zal ervoor zorgen dat de opstelling buigt.De module is in staat om tot 120 graden te buigen in het geval dat één kamer buigt en tot 80 graden bij buiging van twee kamers. In beide gevallen begint een significante buiging wanneer de kamers met ongeveer 0,3 bar worden opgepompt. De module is in staat om krachten te genereren van 24,1 Newtons wanneer één kamer wordt geactiveerd, tot 47,1 newtons wanneer drie kamers worden opgepompt.Zodra men deze techniek beheerst, kan deze in vier uur worden uitgevoerd mits deze correct wordt toegepast. Deze techniek maakt de weg vrij voor onderzoekers in het veld van de zachte robotica om de combinatie tussen fluïdische actuatie en technologieën voor variabele stijfheid in zachte structuren te verkennen. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u het gieten van zachte materialen beheert en hoe u flexibele 3D-calculatoren integreert met een mechanisme voor variabele stijfheid.Vergeet niet dat het werken met siliconen en latex erg gevaarlijk kan zijn; er moeten daarom altijd voorzorgsmaatregelen worden genomen tijdens deze procedure, zoals het werken in een zuurkast en het dragen van handschoenen.

design-fabrication-an-elastomeric-unit-for-soft-modular-robots

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

We hebben een methode ontwikkeld voor lage kosten en snelle prototyping van vloeibare elastomeer rubber spuitgiet apparaten bedacht door gesmolten Deposition Modeling 3D-printers voor schimmels design en een gewijzigde exsiccator als een vloeibaar injectiesysteem.

Snelle en Low-cost Prototyping van medische hulpmiddelen met behulp van 3D-Gedrukt Mallen voor Liquid Injection Molding

Dit manuscript toont het fabricageproces voor de vervaardiging van diëlektrische elastomere zachte actuatoren op basis van silicone membranen. De drie belangrijkste productiefasen worden in detail gepresenteerd: het gieten met een mes van dunne silicone membranen; padprinting van compliante elektroden; en de assemblage van alle componenten.

Fabricageproces van siliconen gebaseerde diëlektrische Elastomer Actuators

Dit protocol beschrijft een op staaf gebaseerde aanpak, die 3D-print- en zachte litografietechnieken combineert voor het fabriceren van de zachte grijperapparaten. Deze aanpak elimineert de behoefte aan een externe luchtbron door een kamercomponent te integreren en vermindert de kans op occlusie tijdens het afdichtingsproces, met name voor geminiaturiseerde pneumatische kanalen.

Rod-gebaseerde Fabrication personaliseerbare Soft Robotic Pneumatische Gripper Inrichtingen voor Delicate Tissue Manipulatie

Deze paper introduceert het ontwerp en de uitvoering van een op maat gemaakte robot manipulator voor extra lichamelijke echografie onderzoek. Het systeem heeft vijf graden van vrijheid met lichtgewicht gewrichten gemaakt door 3D printen en een mechanische koppeling voor veiligheidsbeheer.

Ontwerp en implementatie van een op maat gemaakte Robot Manipulator voor extra lichamelijke echografie

Dit protocol biedt een gedetailleerde lijst van stappen die moeten worden uitgevoerd voor de productie, controle en evaluatie van de klimprestaties van een gekko-geïnspireerde zachte robot.

Productie, controle en prestatie-evaluatie van een gecko-geïnspireerde softrobot

Dit protocol introduceert een flexibele, draagbare boventallige robotledemaat die is afgestemd om te helpen bij vingerrevalidatie voor patiënten met een beroerte. Het ontwerp bevat een buigsensor om een naadloze interactie tussen mens en robot mogelijk te maken. Validatie door middel van experimenten met zowel gezonde vrijwilligers als patiënten met een beroerte onderstreept de werkzaamheid en betrouwbaarheid van de voorgestelde studie.

Een flexibele, draagbare boventallige robotledemaat voor patiënten met een chronische beroerte

Robotgeassisteerde chirurgie is de laatste jaren erg populair geworden. Hier wordt de standaardzorg voor procedures in het bovenste deel van het maagdarmkanaal gepresenteerd, inclusief een demonstratie van een robotgeassisteerde maagwigresectie met behulp van een modulair robotapparaat.

Robotica in de chirurgie: een modulair robotplatform aangedreven maagwigresectie

Dit protocol demonstreert Single-port (SP) robotische transanale totale mesorectale excisie (taTME) in een varkensmodel, waarbij procedurele haalbaarheid, technische stappen en preklinische toepasbaarheid voor minimaal invasieve rectale chirurgie worden benadrukt.

Enkelpoorts robotische transanale totale mesorectale excisie in een varkensmodel (Sus scrofa domesticus)

Elastomeer PGS steigers met vasculaire gladde spiercellen gekweekt in een pulsatiele flow bioreactor kan leiden tot veelbelovende kleine diameter arteriële constructen met inheemse ECM productie in een relatief korte periode van cultuur.

Elastomeer PGS Steigers in Arterial Tissue Engineering

Hier presenteren we een protocol dat een schimmelvrije fabricageproces beschrijft van de polymere micronaalden door middel van fotolitografie.

Polymere Microneedle Array Fabrication door Fotolithografie

Leer de fabricage van een zachte eenheid voor modulaire robots in minimaal invasieve chirurgie. Deze methode combineert flexibele fluidische actuatoren met een granulair jamming-mechanisme voor stijfheidsregeling.

Ontwerp en de fabricage van een elastomeer Unit voor Soft Modulaire Robots bij minimaal invasieve chirurgie

Meer video's verkennen