Name: Rod-gebaseerde Fabrication personaliseerbare Soft Robotic Pneumatische Gripper Inrichtingen voor Delicate Tissue Manipulatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 49 s
Description: Ontdek een staafgebaseerde methode voor het fabriceren van zachte robotgrijpers met 3D-printen en zachte lithografie. Deze techniek minimaliseert kanaalocclusie en elimineert externe luchttoevoer voor delicate weefselmanipulatie.

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

Het onderzoek werd gesteund door de R-397-000-204-133 (National University of Singapore Young Investigator Award).

<html> Opmerking: Alle zachte pneumatische grijpers werden vervaardigd door het gieten op basis van siliconen elastomeer mengsels in op maat gemaakte 3D gedrukte mallen, die een fabricageproces uit drie stappen gevolgd: het vormen van grijper-arm componenten met ingebedde pneumatische kanalen, het gieten van de kamer is verbonden met de pneumatische kanalen en het afdichten van de kamer component gevuld met lucht. 1. Bereiding van Elastomers <ol><li> Plaats een container voor mixer op een weegschaal en tarra het. Pour delen A en B van het elastomeer op siliconenbasis in de houder met een 1: 1 gewichtsverhouding. </li><li> Bedek de container en meet het totale gewicht. </li><li> Plaats de houder en materiaal in een centrifugaal mixer. Pas de gewichtsverdeling aan de mixer om het gewicht gemeten in stap 1,2. </li><li> Stel de meng- en ontluchting modi om 2000 rpm en 2200 rpm respectievelijk 30 sec. Meng de elastomeer componenten zorgvuldig tot een uniforme uitharding te bereiken. </li></ol>le &quot;&gt; 2. Mold Design and Production Opmerking: De geometrie van de matrijs zal variëren afhankelijk van de specifieke vereisten voor verschillende toepassingen. De volgende stappen illustreren algemene belangrijke stappen in CAD software die nodig zijn om de kamer en grijper deel van de matrijs te creëren. <ol><li> Het ontwerp van de mallen en het verzegelen mal met behulp van computer-aided design (CAD) software. Zie Figuur 1 voor de geometrie en de specifieke afmetingen van de mallen die in dit manuscript. <ol><li> Ontwerp van de buitengrens box <ol><li> Klik met de rechtermuisknop op het bovenvlak en klik op &quot;Normaal om&quot; om te normaliseren tot aan het bovenvlak. </li><li> Klik op &#39;Sketch&#39; op de linker bovenhoek van een venster &quot;Schets&quot; te openen. Klik vervolgens op de knop &quot;Sketch&quot; op de linkerbovenhoek van de werkbalk om een ​​rechthoekige basis van de kamer component te trekken. </li><li> Klik op de &quot;Smart Dimension &#39;functie, die is gelegen naast de knop&#39; Sketch &#39;, te sk definiërenetch afmetingen. Zorg ervoor dat de schets volledig wordt gedefinieerd (dat wil zeggen, alle tekenen van lijnen worden zwart) en de sketch af te sluiten als u klaar bent. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Boss / Base &quot;functie om geselecteerde contouren in de Y-richting extruderen. </li><li> Klik op het bovenste oppervlak van het model om de schetsvlak voorselecteren. Schets een rechthoek en de afmetingen definiëren als beschreven in 2.1.1.2 en 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Cut&#39; functie om extruderen snijden een holte voor het gieten van elastomeren (Figuur 2A). Zorg ervoor dat de wanddikte 2,5 mm. </li></ol></li><li> Het ontwerp van de binnenkamer <ol><li> Klik met de rechtermuisknop op het oppervlak op de Y-richting van de opening gebied. Klik vervolgens op &quot;Normal om&quot; te normaliseren op dat oppervlak. </li><li> Vervolgens klikt u op het venster &quot;Sketch&quot; naar een rechthoek voor Kamer component te tekenen zoals beschreven in stap 2.1.1.2 en2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Boss / Base &quot;functie om de kamer component in de Y-richting (figuur 2B) extruderen. Opmerking: De diepte van de snede in stap 2.1.1.6 is 2,5 mm groter is dan deze geëxtrudeerde basis. </li></ol></li><li> Het ontwerp van de grijper component <ol><li> Op het oppervlak van het model in negatieve X-richting naar de schetsvlak voorselectie voor grijper component. Maak een rechthoek in het venster &#39;Sketch&#39;, zoals beschreven in de stappen 2.1.1.2 en 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Boss / Base &quot;functie om de geselecteerde contour in de negatieve X-richting extruderen. </li><li> Op het bovenoppervlak van de grijper component aan de schetsvlak vooraf selecteren. Maak een vorm van grijper in de &quot;Sketch&quot; venster (Figuur 2C) en verlaat de sketch wanneer de afmetingen volledig wordt gedefinieerd als beschreven in de stappen 2.1.1.2 eend 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Cut &quot;naar een holte te snijden voor het gieten van elastomeren in de grijper component. Zorg ervoor dat de wanddikte 2,5 mm. </li></ol></li><li> Het ontwerp van de verbinding tussen kamer en grijper <ol><li> Maak een rechthoek in het venster &quot;Sketch&quot; op de bovenkant van de kamer werk als beschreven in 2.1.1.2 en 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Cut &quot;om een verbinding tussen kamer en grijper componenten (figuur 2D) te creëren. </li></ol></li><li> Het ontwerp van de pneumatische kanalen <ol><li> Maak een 1,5 mm diameter cirkels op het oppervlak van de kamer stukje in de positieve X-richting, zoals beschreven in de stappen 2.1.1.2 en 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Cut &quot;kanalen voor walsdraad inbrengen (figuur 2E) te creëren. Zorg ervoor dat het holes worden niet dwars door de grijper component. </li></ol></li></ol></li><li> In een apart CAD bestand, teken een afdichtende vorm met een holte met een lengte en breedte die 1 mm groter dan de buitenafmetingen van het kameronderdeel van de grijper. Opmerking: De wanddikte 2,5 mm. <ol><li> Klik op het venster &quot;Sketch&quot; naar een rechthoek op het bovenvlak te creëren zoals beschreven stappen 2.1.1.2 en 2.1.1.3. </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Boss / Base &quot;functie om geselecteerde contouren in de Y-richting extruderen. </li><li> Klik op de bovenzijde van het model om de schetsvlak voorselecteren. Schets een rechthoek en de afmetingen definiëren zoals beschreven in stap 2.1.1.2 en 2.1.1.3). </li><li> Klik op het venster &quot;Eigenschappen&quot;. Klik vervolgens op &#39;Extruded Cut&#39; functie om extruderen snijden een holte voor het gieten van elastomeren. Zorg ervoor dat de wanddikte 2,5 mm. </li></ol></li><li> Bewaar elke vorm stuk als een STL-bestand voor 3D-printen. </li&gt; <li> Laad het STL bestand in de 3D-printer met een resolutie van 30 micrometer en print de mal stukken 9. </li><li> Verwijder eventuele ondersteuning materiaal op de mal stukken en was de mal stukken met water. </li></ol> 3. Soft Single / Double-bedienbare Arm Pneumatisch Grijpers <ol><li> Molding grijper-arm componenten met ingebouwde pneumatische kanalen <ol><li> Plaats twee 3D geprint kamer-blokken aan de linker- en rechterzijde van het kameronderdeel (figuur 3A) om een afgedichte kamer met pneumatische kanalen aangesloten genereren. </li><li> Plaats twee 1,5 mm diameter titanium walsdraad door de kamer, het bijhouden van een 2 mm afstand van de grijper tips om de pneumatische kanalen (figuur 3A) te creëren. Opmerking: Gebruik een walsdraad voor de single-bedienbare arm-grijper. </li><li> Giet het elastomere mengsel in de mal om de grijper component volledig vullen. </li><li> Zorg ervoor dat er geen zichtbare luchtbellen aanwezig. </li><li> Place de mal oven harden bij 60 ° C gedurende 10 minuten. Zodra elastomeer wordt uitgehard, verwijdert de mal uit de oven. </li></ol></li><li> Molding kamer apparaat aangesloten op de pneumatische kanalen <ol><li> Trek de walsdraad en de twee kamer-blokken uit de mal. </li><li> Plaats een 3D-bedrukte grijper-block bovenop de grijper component om de kamer (figuur 3B) te creëren. Steek de walsdraad met de openingen in de wand van de matrijs te blokkeren. </li><li> Giet het elastomere mengsel in de mal om het resterende deel van kameronderdeel opvullen en er geen zichtbare luchtbellen in de matrijs. </li><li> Hard de deel bij een temperatuur van 60 ° C gedurende 10 minuten. Verwijder de mal uit de oven eenmaal elastomeer wordt uitgehard. </li><li> Verwijder de grijper-blok en demold het volledig uitgehard grijper met kamer structuur. </li></ol></li><li> Afdichten van de kamer component gevuld met lucht <ol><li> Giet het mengsel in de elastomere afdichtende vorm engenezen bij 60 ° C gedurende 10 minuten. </li><li> Borstel een laag van elastomeer materiaal op de uitgeharde 2,5 mm afdichtlaag. Plaats de uitgeharde grijper met kamerstructuur bovenop de beklede afdichtlaag en hechten de twee delen aan elkaar (figuur 3C). </li><li> Vervolgens genezen van de gehele constructie volledig bij 60 ° C gedurende 15 minuten. </li><li> Demold het volledig uitgehard zachte gerobotiseerde grijper apparaat. </li></ol></li></ol> 4. Het inbrengen van Soft Robotic pneumatische grijpinrichting in Handling Tool <ol><li> Het ontwerp van de handling instrumenten zoals beschreven in de Aanvullende bestand 1 met behulp van CAD-software en opslaan in STL bestand. Zie Figuren 4 en 5 voor de afmetingen van het gereedschap. </li><li> Laad het STL-bestand in de 3D-printer en de mal stukken 9. Opmerking: Alle bedrukt stappen voor handbediening hanteren instrument, rechthoekig cap en beweegbare zuiger (figuur 4) kan binnen 3 uur 48 min voltooid. de printing tijd voor het vervaardigen van de robot control hanteren instrument en rechthoekige deksel (figuur 5) is 1 uur 56 min. Zie Aanvullende bestand 2 voor 3D-bewerking van de printer lezen. </li><li> Pellen enige steun materiaal op het gereedschap na het afdrukken is voltooid. Vervolgens was het gereedschap met water. </li><li> Plaats de grijper in de handbediening hanteren instrument (Figuur 4A) en dek de opening met een rechthoekige beweegbare dop (figuur 4B). </li><li> Plaats een beweegbare zuiger (figuur 4C) naar kamer compressie vergemakkelijken. </li><li> Plaats de grijper en lineaire actuator in de robot besturing handling gereedschap (figuur 5A). Opmerking: De lineaire actuator vervangt de beweegbare zuiger in de handbediening voor Kamer compressie. </li><li> Bedek de opening met een rechthoekige beweegbare dop (Figuur 5B). </li></ol> 5. Evaluaties en Grip drukproef <ol><li> schattende functionaliteit van de zachte grijper door het uitvoeren van proeven vastgrijpen met een hulpdraad. <ol><li> Plaats een jumper draad op de tafel. </li><li> Stel de grijper, zodat de draad tussen de beide grijparmen. </li><li> Verplaats de beweegbare zuiger om de kamer te comprimeren om de grijparmen bedienen om de draad te houden. Opmerking: Alleen de bedieningselementen stapelaars handgereedschap wordt gebruikt in de aangrijpende demonstratie. </li><li> Houd en beweeg de draad om een ​​doos zich op 20 cm afstand van de oorspronkelijke locatie draad&#39;s. </li></ol></li><li> Plaats een gekalibreerde kracht aftastweerstand tussen de twee bekken van de grijper. Zorg ervoor dat de grijper kaken grip op de detectiebereik. Noot: De diameter van het detectiebereik is 14,7 mm. </li><li> Druk de kamer naar de grijparmen bedienen om grip te krijgen op de kracht sensing weerstand. </li><li> Meet de maximale grip drukkrachten dat de zachte single-bedienbare-arm en dubbel-bedienbare-arm pneumatische grijpers kunnen genereren, zoals beschreven in 10. Opmerking: De uitlezing waarden worden weergegeven op een laptop. De maximale grip samendrukkende krachten worden gemeten op het punt van maximale druk die de pneumatische kanalen kunnen weerstaan. </li><li> Knip de individuele elastomeer aangrijpende kaken van een zacht double-bedienbare arm pneumatische grijper. </li><li> Plaats de tang tips in de pneumatische kanalen van de elastomere grijpbekken. </li><li> Plaats een gekalibreerde kracht aftastweerstand tussen de twee kaken van de tang. </li><li> Meet de drukkrachten 10 gegenereerd door elastomeer gecoate pincet en een tang tijdens een gesimuleerde zenuw operatie uitgevoerd door een neurochirurg. Opmerking: De neurochirurg een kracht die vergelijkbaar is met wat hij normaal zijn tijdens de eigenlijke operatie aan de kracht aftastweerstand. </li><li> Het gemiddelde van de resultaten van vijf proeven in elke test data. </li></ol>

<ol><li>Tolley, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+resilient%2C+untethered+soft+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Robotics%22%5BJournal%5D)">A resilient, untethered soft robot.</a> Soft Robotics. 1 (3), 213-223 (2014).</li>
<li>Low, J. H., Delgado-Martinez, I., Yeow, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Customizable+soft+pneumatic+chamber-gripper+devices+for+delicate+surgical+manipulation%5BTitle%5D)+AND+%22ASME+J+Med+Devices%22%5BJournal%5D)">Customizable soft pneumatic chamber-gripper devices for delicate surgical manipulation.</a> ASME J Med Devices. 8 (4), 044504(2014).</li>
<li>Rus, D., Tolley, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+control+of+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li>
<li>Lee, W. J., Chan, C. P., Wang, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+laparoscopic+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Asian+J+Endosc+Surg%22%5BJournal%5D)">Recent advances in laparoscopic surgery.</a> Asian J Endosc Surg. 6 (1), 1-8 (2013).</li>
<li>Schoeller, T., Huemer, G. M., Shafighi, M., Gurunluoqlu, R., Wechselberger, G., Piza-Katzer, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microsurgical+repair+of+the+sural+nerve+after+nerve+biopsy+to+avoid+associated+sensory+morbidity%3A+a+preliminary+report%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Microsurgical repair of the sural nerve after nerve biopsy to avoid associated sensory morbidity: a preliminary report.</a> Neurosurgery. 54 (4), 897-900 (2004).</li>
<li>Bamberg, R., Jones, B., Murray, L., Sagstetter, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBamberg%2C+R+%22Laparoscopic+grasper+for+minimally+invasive+laparoscopic+surgery%22">Laparoscopic grasper for minimally invasive laparoscopic surgery</a>. , 
 <a target="_blank" href="
http://homepages.cae.wisc.edu/ ~bme200/grasping_instrument_f06/reports/midsemester_rd.pdf 
">
http://homepages.cae.wisc.edu/ ~bme200/grasping_instrument_f06/reports/midsemester_rd.pdf 
</a> (2006).</li>
<li>Ducic, I., Hill, L., Maher, P., Al-Attar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perioperative+complications+in+patients+undergoing+peripheral+nerve+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Plast+Surg%22%5BJournal%5D)">Perioperative complications in patients undergoing peripheral nerve surgery.</a> Ann Plast Surg. 66 (1), 69-72 (2011).</li>
<li>Shepherd, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multigait+soft+robot%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Multigait soft robot.</a> PNAS. 108 (51), 20400-20403 (2011).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Objet+260+Connex+User+Guide%22">Objet 260 Connex User Guide</a>. , 
 <a target="_blank" href="
http://www.objet.com
">
http://www.objet.com
</a> (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Force+Sensing+Resistor+Integration+Guide+%26+Evaluation+Parts+Catalog+with+Suggested+Electrical+Interfaces%22">Force Sensing Resistor Integration Guide & Evaluation Parts Catalog with Suggested Electrical Interfaces</a>. , 
 <a target="_blank" href="
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf
">
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf
</a> (2002).</li>
<li>Dagum, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Peripheral+nerve+regeneration%2C+repair%2C+and+grafting%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hand+Ther%22%5BJournal%5D)">Peripheral nerve regeneration, repair, and grafting.</a> J Hand Ther. 11 (2), 111-117 (1998).</li>
<li>Felippe, M. M., Telles, F. L., Soares, A. C. L., Felippe, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anastomosis+between+median+nerve+and+ulnar+nerve+in+the+forearm%5BTitle%5D)+AND+%22J+Morphol+Sci%22%5BJournal%5D)">Anastomosis between median nerve and ulnar nerve in the forearm.</a> J Morphol Sci. 29 (1), 23-26 (2012).</li>
<li>Rus, D., Tolley, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+fabrication+and+control+of+soft+robots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Design, fabrication and control of soft robots.</a> Nature. 521, 467-475 (2015).</li>
<li>Elango, N., Faudzi, A. A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+article%3A+investigations+on+soft+materials+for+soft+robot+manipulations%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Adv+Manuf+Technol%22%5BJournal%5D)">A review article: investigations on soft materials for soft robot manipulations.</a> Int J Adv Manuf Technol. 80 (5), 1027-1037 (2015).</li>
<li>Lu, Y. W., Kim, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microhand+for+biological+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Microhand for biological applications.</a> Appl Phys Lett. 89, 1641011-1641013 (2006).</li>
<li>Rateni, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+development+of+a+soft+robotic+gripper+for+manipulation+in+minimally+invasive+surgery%3A+a+proof+of+concept%5BTitle%5D)+AND+%22Meccanica%22%5BJournal%5D)">Design and development of a soft robotic gripper for manipulation in minimally invasive surgery: a proof of concept.</a> Meccanica. 50 (11), 2855-2863 (2015).</li>
<li>Breger, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-folding+thermo-magnetically+responsive+soft+microgrippers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Self-folding thermo-magnetically responsive soft microgrippers.</a> ACS Appl Mater Inter. 7 (5), 3398-3405 (2015).</li>
<li>Zafar, M. S., Al-Samadani, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+use+of+natural+silk+for+bio-dental+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Taibah+Univ+Med+Sci%22%5BJournal%5D)">Potential use of natural silk for bio-dental applications.</a> J Taibah Univ Med Sci. 9 (3), 171-177 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

We hebben met succes aangetoond dat de zachte robot pneumatische grijpinrichtingen toegestaan ​​compatibel grijpen van voorwerpen, die veel lagere drukkrachten uitgeoefend op het aangegrepen object dan de elastomeer gecoate tang tips en tang uitgeoefend. Tang is een essentieel instrument voor de zenuwen manipulatie tijdens de perifere zenuwen reparatie spreekkamers 11, 12. Echter, de metalen structuur vereist uiterste voorzichtigheid in het gebruik van de chirurgen om zenuwschade veroorzaakt door overmatig gr...

Zachte robots veel onderzoek belang in de robotica gemeenschap gewekt en zij zijn gebruikt in verschillende functionele taken zoals golfvormig locomotie in ongestructureerde omgevingen 1 en 2 aangrijpend. Zij bestaan ​​hoofdzakelijk uit zachte elastomeren en gecontroleerd door verschillende technieken bediening door het gebruik van verschillende materialen zoals elektroactieve polymeren (EAP), vormgeheugenlegering (SMA) of gecomprimeerd fluïdum 3. MAP-functie op basis van een differentiële spanning die veroorzaakt elektrostatische krachten actief stammen produceren en daarmee genereert bediening. De eigenaardige vormgeheugen effect van de SMA is ingezet om de gewenste bediening op basis van de troepenmacht tijdens fase transformaties op de verandering in temperatuur te genereren. Tenslotte samengeperst fluïdum bekrachtiging techniek maakt een eenvoudige ontwerpstrategie stijfheid verschil in zachte actuatoren te induceren, zodat de buigzamere regio&#39;s opblazenbij het onder druk zetten. Soft robots zijn bedoeld om de toepassingen van traditionele harde robots verbreden, vooral bij toepassingen waarbij delicate objecten worden betrokken. In het bijzonder, in dit artikel, presenteren wij onze unieke aanpak bij het ontwikkelen van soft robotgrijpers voor delicate chirurgische manipulatie. Chirurgische aangrijpend is een belangrijk aspect betrokken bij vele chirurgische procedures, zoals lever, gynaecologische, urologische en zenuwreparatie operaties 4, 5. Het wordt meestal uitgevoerd door stijve stalen weefsel aangrijpend instrumenten zoals forceps en laparoscopische grijpers voor ter vergemakkelijking observatie, uitsnijding, anastomose procedures, etc. echter, extreme voorzichtigheid is geboden als de conventionele aangrijpende gereedschap zijn gemaakt van metaal dat hoge stress concentratiegebieden kan veroorzaken in het zachte weefsel op de contactpunten 6. Afhankelijk van de ernst van de weefselbeschadigingen, diverse complicaties, zoals pijn, pathologisch littekenweefsel formatie, en zelfs blijvende invaliditeit tot gevolg kan hebben. Een eerdere studie gemeld dat de complicaties in de perifere zenuw operatie was 3% 7. Daarom kan het begrip spannen zonder die veilig compatibel grip kan bieden een veelbelovende kandidaat voor delicate chirurgische manipulatie. Hier presenteren we een combinatie van 3D-printing en gewijzigd zachte lithografie technieken, die een-rod gebaseerde aanpak, om aanpasbare zachte robotic pneumatische grijpers te fabriceren. Traditionele fabricage techniek van zachte robots op basis van samengeperste vloeistof bediening vereist een mal met pneumatische kanalen op het wordt gedrukt en een afdichting proces om de kanalen 8 af te dichten. Het is echter niet mogelijk voor geminiaturiseerde zachte robots die kleine pneumatische kanalen wanneer occlusie kanalen gemakkelijk kunnen gebeuren in het lasproces nodig. De traditionele techniek vereist de afdichting van de pneumatische kanalen worden gedaan door binding een bekleed afdichtlaag aan. Vandaar de layer van elastomeer materiaal die in eerste instantie dient als hechtlaag kan vloeistof in de kleine kanalen en die kanalen af ​​te sluiten. Het is ook niet mogelijk om de pneumatische kanalen positie in het midden van de structuur en verbinden met een kameronderdeel gebruik van conventionele technieken. De voorgestelde aanpak laat de oprichting van geminiaturiseerde pneumatische kanalen verbonden met een met lucht gevulde kamer met behulp van staven en heeft afdichting van de kleine kanalen niet nodig. Daarnaast is de kamer verbonden met de pneumatische kanalen dienen als een luchtbron die niet vereist buitenlucht bron voor samengeperste fluïdum bediening. Zij kunnen zowel de handmatige besturingsmodi en robotica verbeteren door de kamer druk naar de greepcomponent bedienen, waardoor gebruikers de mogelijkheid van het regelen van de hoeveelheid kracht die ze toepassen door de grijper. Deze benadering is zeer flexibel en kan worden gebruikt om verschillende types van zachte grijper ontwerpen fabriceren zoals grijpers met één of multiple bedienbare wapens.

<table><tbody><tr><td>Weegschaal</td><td>Severin</td><td>KW3667</td><td>(Stap: Voorbereiding van elastomeren)</td></tr><tr><td>Ecoflex Supersoft 0030 Elastomer</td><td>Smooth-On</td><td>EF0030</td><td>(Stap: Voorbereiding van elastomeren)</td></tr><tr><td>Planetaire Centrifugaalmengmachine en Containers</td><td>THINKY USA Inc.</td><td>ARE-310</td><td>(Stap: Voorbereiding van elastomeren)</td></tr><tr><td>Solidworks CAD</td><td>Dassault Syst&egrave;mes&nbsp;</td><td>Solidworks Research Abonnement</td><td>(Stap: Zachte enkel/dubbel-actueerbare arm pneumatische grijpers)</td></tr><tr><td>Objet 3D Printer</td><td>Stratasys</td><td>260 Connex2</td><td>(Stap: Zachte enkel/dubbel-actueerbare arm pneumatische grijpers)</td></tr><tr><td>Titanium Draadstaven</td><td>Titan Engineering</td><td>N/A</td><td>(Stap: Zachte enkel/dubbel-actueerbare arm pneumatische grijpers)</td></tr><tr><td>Natuurlijke Convectieoven met Timer</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BIN#ED53</td><td>(Stap: Zachte enkel/dubbel-actueerbare arm pneumatische grijpers)</td></tr><tr><td>Lineaire Actuator</td><td>Firgelli Technologies</td><td>L12</td><td>(Stap: Inbrenging van zachte robotische pneumatische grijper in gereedschap)</td></tr><tr><td>Jumperdraad</td><td>sgbotic</td><td>CAB-01146</td><td>(Stap: Evaluatie en grijpdruktest)</td></tr><tr><td>Krachtsensorweerstand</td><td>Interlink Electronics</td><td>FSR402</td><td>(Stap: Evaluatie en grijpdruktest)</td></tr></tbody></table>

rod-gebaseerde fabrication personaliseerbare soft robotic pneumatische gripper inrichtingen voor delicate tissue manipulatie

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Zacht compliant grijpen is essentieel bij delicate chirurgische manipulatie om het risico van weefselbeschadiging door hoge spanningsconcentraties op het contactpunt te minimaliseren. Dit kan worden bereikt door traditionele stijve grijpers aan te vullen met zachte robotische pneumatische grijperapparaten. Dit manuscript beschrijft een op staven gebaseerde aanpak die zowel 3D-printen als een gemodificeerde zachte lithographietechniek combineert om de zachte pneumatische grijper te fabriceren. In het kort, de pneumatische functieloze mal met kamercomponent wordt 3D-geprint en de staven werden gebruikt om de pneumatische kanalen te creëren die naar de kamer leiden. Dit protocol elimineert het risico van het verstoppen van kanalen tijdens het afdichtingsproces en de behoefte aan een externe luchtbron of gerelateerde besturingscircuit. De zachte grijper bestaat uit een met lucht gevulde kamer, en een of meer grijparmen met een pneumatisch kanaal in elke arm die verbonden is met de kamer. Het pneumatische kanaal is dicht bij de buitenwand gepositioneerd om verschillende stijfheden in de grijparm te creëren. Bij samendrukking van de kamer, die druk op het pneumatische kanaal genereert, zal de grijparm naar binnen buigen om een dichte grijphouding te vormen omdat het buitenwandgebied complianter is. De zachte grijper kan in een 3D-geprint gereedschap worden geplaatst met twee verschillende bedieningsmodi voor kamercompressie: handmatige grijpermodus met een beweegbare zuiger en robotische grijpermodus met een lineaire actuator. De grijper met dubbele arm met twee aanstuurbare armen was in staat om objecten van maximaal 2 mm op te pakken en genereerde toch lagere compressiekrachten in vergelijking met elastomer-gecoate en niet-gecoate stijve grijpers. De haalbaarheid van andere ontwerpen, zoals een grijper met enkele arm of haak, werd ook aangetoond, wat verder de aanpasbaarheid van het zachte grijperapparaat en het potentieel om te worden gebruikt in delicate chirurgische manipulatie om het risico van weefselbeschadiging door grijpen te verminderen, benadrukte.

De zachte robot pneumatische grijpinrichtingen konden oppakken van voorwerpen met afmetingen tot 1,2 mm in diameter (figuur 6). De maximale grip samendrukkende kracht die door de single- bedienbare arm en dubbel- bedienbare arm zachte grijpinrichtingen waren 0,27 ± 0,07 N respectievelijk 0,79 ± 0,14 N, in vergelijking met 1,71 ± 0,16 N en 2,61 ± 0,22 N drukkrachten in gesimuleerde operatie door de elastomeer gecoate forceps en ongestreken tang (Figuur 7).</strong...

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

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Het algemene doel van deze procedure is het vervaardigen van zachte grijpmechanismen met behulp van een staafgebaseerde methode. In combinatie met 3D-printtechnieken en zachte lithografie kan deze methode helpen bij het oplossen van kernproblemen bij de fabricage van zachte pneumatische grijpers, zoals kanaalocclusie tijdens het uithardingsproces en de integratie van een luchtkamer.Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het ons in staat stelt om geminiaturiseerde pneumatische kanalen in de structuren van de zachte grijper te bouwen om een consistente activering te garanderen. De implicatie van deze techniek strekt zich uit tot zenuwanastomose-chirurgie, omdat de zachte robotische grijper delicate zenuwmanipulatie mogelijk maakt zonder schade door te harde gripping. We kregen voor het eerst het idee voor deze methode toen we problemen ondervonden bij het ontwikkelen van een functionele zachte grijper met behulp van het conventionele gietafdichtingsproces en begonnen te experimenteren met dunne staven tijdens de gietfase.Begin met het afwegen van een gelijke massa van de twee componentmaterialen voor het elastomeer in een mengvat. Sluit vervolgens de container en plaats deze samen met een contragewicht in een centrifugaalmenger. Voer nu een mengcyclus van 30 seconden uit, met de mengfase op 2000 RPM en de ontluchtingsfase op 2200 RPM.Verwacht dat de grondig gemengde componenten nu uniform zullen uitharden wanneer ze worden gegoten. Let erop dat het ontwerp en de productie van de mallen in het tekstprotocol worden behandeld en dat de volgende sectie ingaat op het gebruik ervan. Dit proces begint met het gieten van de componenten van de grijperarm.Plaats eerst de twee 3D-geprinte kamerblokken in de linker- en rechterzijde van het kamercomponent om een afgesloten kamer te vormen met daaraan verbonden pneumatische kanalen. Voeg vervolgens één of twee titanium draadstaven met een diameter van 1,5 millimeter in de kamer, afhankelijk van of dit een enkel- of dubbelkanaalmodel betreft. Houd een afstand van twee millimeter aan tussen de grijpertip en de staaf om de pneumatische kanalen te creëren.Vul de mal nu volledig met het elastomere mengsel, waarbij u erop let dat er geen luchtbellen in worden ingesloten. Laat de mal vervolgens 10 minuten uitharden bij 60 °C. De volgende stap is om de draadstaven en de twee kamerblokken uit de mal te trekken.Zorg ervoor dat de verbinding tussen de pneumatische kanalen en de kamer goed is gevestigd, aangezien dit ervoor zorgt dat de compressie van de kamer de grijperarmen kan activeren. Plaats nu het 3D-geprinte grijperblok bovenop het grijpercomponent om de kamer te vormen. Voeg eerst de draadstaven in om de gaten in de wand van de mal af te dichten.Vul vervolgens de mal met het elastomere mengsel en zorg ervoor dat er geen zichtbare luchtbellen in de mal zijn ingesloten. Laat deze mal ook 10 minuten uitharden bij 60 graden Celsius. Haal daarna de uitgeharde componenten uit de mal om de structuur van de grijperkamer te assembleren.De laatste stap is het vullen van het afgesloten kamercomponent met lucht. Maak hiervoor de afdichtingslaag van 2,5 millimeter die de assemblage voltooit. Vul de mal met het elastomere mengsel en laat dit 10 minuten uitharden bij 60 °C.Zodra het is uitgehard, brengt u met een penseel een laag elastomeer materiaal aan op de uitgeharde afdichtingslaag van 2,5 millimeter. Plaats vervolgens de structuur van de grijperkamer op de afdichtingslaag en laat de verbinding vormen, waarbij u er zeker van bent dat de afdichting perfect is, zodat er een met lucht gevulde kamer ontstaat. Hard nu de gehele structuur nogmaals 15 minuten uit bij 60 °C.Verwijder vervolgens de resterende mal om het apparaat te voltooien. Het hanteerinstrument is ook gemaakt van een mal; details hiervan staan in het tekstprotocol. Plaats de grijper in het hanteerinstrument en bedek het openingsgebied met een verwijderbare rechthoekige dop.Plaats vervolgens een beweegbare zuiger om de compressie van de kamer te vergemakkelijken, waarmee het handmatige instrument is voltooid. Plaats alternatief de grijper en een lineaire actuator in een robotisch handelinginstrument. Bedek in dat geval het openingsgebied met een beweegbare rechthoekige kap.Om de functionaliteit van de zachte grijper te evalueren, dient deze te worden getest met een verbindingsdraad. Positioneer de grijper zodanig dat de draad zich tussen de twee armen bevindt. Beweeg vervolgens de zuiger om de kamer samen te persen, waardoor de grijperarmen worden geactiveerd om de draad vast te houden.Houd de draad vast en verplaats deze ten minste 20 centimeter weg van de oorspronkelijke locatie van de draad. De voorgestelde techniek demonstreert hoe er snel goedkope zachte pneumatische grijpers gefabriceerd kunnen worden. Door simpelweg het ontwerp van de mal aan te passen en hetzelfde elastomeer te gebruiken, kunnen grijpers voor verschillende toepassingen worden gemaakt.Het hier gepresenteerde ontwerp is in staat om objecten met afmetingen tot 1,2 millimeter in diameter op te pakken. In een gesimuleerde operatie was de maximale compressiekracht die werd gegenereerd door de enkele bedienbare armgreep ongeveer 0,27 Newtons. De apparaten met dubbele bedienbare armen maten ongeveer 0,8 Newtons.In vergelijking hiermee hadden pincetten met en zonder elastomeer gripkrachten van respectievelijk ongeveer 1,7 en 2,6 Newton. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in een uur worden voltooid mits deze correct wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het essentieel om te onthouden de staven stevig uit te lijnen vóór het gieten en de uiteindelijke afdichting zorgvuldig uit te voeren.Na het volgen van deze procedure kan de voltooide zachte grijper worden bevestigd op een zuigerbasis of een lineaire actuatorbasis van een hanteerinstrument om intuïtieve besturing van het grijpen mogelijk te maken. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers in het veld van de zachte robotica om het ontwerp van kamer-grijperapparaten voor de manipulatie van delicate objecten te verkennen. Vergeet niet dat siliconenrubber een inslikgevaar kan vormen en dat er altijd voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen, zoals het dragen van handschoenen, tijdens het uitvoeren van deze procedure.

rod-based-fabrication-customizable-soft-robotic-pneumatic-gripper

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

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

Hier presenteren we een methode van de fabricage van zachte pneumatische netwerk actuatoren met schuine chambers. De aandrijvers zijn geschikt voor het genereren van gekoppelde buigen en verdraaien bewegingen, die hun toepassing in zachte robotica verbreedt.

Fabricage van zachte pneumatische netwerk Actuators met schuine Chambers

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 beschrijft een methode voor de snelle fabricage van zachte pneumatische aandrijvingen en robots met een dunne vormfactor. De fabricagemethode begint met laminering van thermoplastisch polyurethaan (TPU) vellen gevolgd door lasersnijden/lassen van een tweedimensionaal patroon om actuatoren en robots te vormen.

Snelle fabricage van dunne zachte pneumatische aandrijvingen en robots

Een bioinspired steiger wordt vervaardigd door een zachte fotolithografietechniek met mechanisch robuuste en elektrisch geleidende hydrogels. De micropatroon hydrogels bieden directionele cardiomyocyte cel uitlijning, wat resulteert in een op maat gemaakte richting van actuatie. Flexibele micro-elektroden zijn ook geïntegreerd in het schavot om elektrische controleerbaarheid voor een zelf-actulerend hartweefsel te brengen.

Bioinspired Soft Robot met ingebouwde micro-elektroden

Dit artikel beschrijft een snel en eenvoudig productieproces van ionische elektromechanisch actieve composietmaterialen voor actuatoren in biomedische, biomimetische en zachte robotica toepassingen. De belangrijkste fabricagestappen, hun belang voor de uiteindelijke eigenschappen van de actuatoren en enkele van de belangrijkste karakteriseringstechnieken worden in detail beschreven.

Fabricage van carbon-based Ionische elektromechanisch actieve zachte actuatoren

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 manuscript beschrijft een 4D-printstrategie voor het fabriceren van intelligente stimuli-responsieve zachte robots. Deze aanpak kan de basis vormen voor de realisatie van intelligente vorm-transformeerbare zachte robotsystemen, waaronder slimme manipulatoren, elektronica en gezondheidszorgsystemen.

Vierdimensionaal printen van stimuli-responsieve hydrogel-gebaseerde zachte robots

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

Werkwijzen voor het bereiden een injecteerbare gel matrix van gedecellulariseerde weefsel en het injecteren van het in rat...

Productie van biologisch verkregen Injecteerbare Materialen voor myocard Tissue Engineering

Ontdek een staafgebaseerde methode voor het fabriceren van zachte robotgrijpers met 3D-printen en zachte lithografie. Deze techniek minimaliseert kanaalocclusie en elimineert externe luchttoevoer voor delicate weefselmanipulatie.

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

Meer video's verkennen