Projeto e fabricação de uma Unidade de elastômero para robôs modulares moles em Cirurgia Minimamente Invasiva

O objetivo geral deste protocolo é fabricar uma unidade leve a ser integrada a um manipulador multimodal para uso em cirurgia minimamente invasiva. Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo da robótica leve, mostrando como otimizar o procedimento de fabricação de um manipulador macio com alta destreza e capacidade de enrijecimento. A principal vantagem dessa técnica é que ela é muito rápida e de baixo custo.

Além disso, o produto final pode ser replicado para produzir uma arquitetura multimodal melhorando o desempenho do manipulador. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque os módulos de silicone com formas complexas geralmente requerem um procedimento de publicação multifásico, onde a otimização costuma ser demorada. A demonstração visual desse método é crítica, pois as etapas de fabricação do deslocamento externo são difíceis de aprender porque são baseadas em um deslocamento brilhante comercial que é completamente modificado para o propósito final.

Demonstrando o procedimento estará Jada Bon, estudante de doutorado, e Margarita Blanco, assistente de pesquisa do meu laboratório. Adicione 12 gramas da parte A e 12 gramas da parte B na mesma placa de Petri e misture-os para preparar o silicone. Em seguida, coloque o silicone misturado em um DGAs sob uma barra de pressão de vácuo.

Mantenha o material sob vácuo até que todas as bolhas tenham sido removidas do material de silicone. Isso normalmente leva cerca de 10 minutos, uma vez que os materiais estejam completamente livres da presença de bolhas, libere o vácuo e remova o silicone, que agora está pronto para uso. Monte o molde inserindo primeiro o cilindro de reforço e a parte superior das câmaras na tampa A e, em seguida, fechando as conchas ao redor dela.

Despeje o silicone dentro do molde montado até a borda das conchas. Defina o forno para uma temperatura de 60 graus Celsius e coloque o molde cheio no forno. Deixe o silicone curar por cerca de 30 minutos.

Remova as conchas externas e a tampa A do silicone curado. Em seguida, insira os módulos de silicone a partir da base das câmaras e do cilindro de reforço dentro da tampa B.Feche as conchas novamente ao redor do módulo, deslizando-as 10 milímetros para cima para ter uma folga de 10 milímetros entre a superfície superior do módulo e as bordas das conchas. Despeje silicone adicional dentro do molde reorganizado até a borda das conchas na parte superior.

Cure o silicone recém-derramado em um forno a 60 graus Celsius por cerca de 30 minutos. Remova a tampa B das conchas externas e todas as câmaras, exceto o cilindro de reforço. Corte tubos de silício de três milímetros de diâmetro em um comprimento de cerca de 30 centímetros.

Coloque cola de silicone ao redor da parte externa de uma extremidade de cada tubo nos primeiros 10 milímetros. Em seguida, insira os tubos dentro dos canais dedicados de dois milímetros. Na unidade de silício.

Deixe a cola curar por 12 minutos. À temperatura ambiente, corte 70 centímetros de uma bainha trançada expansível e, em seguida, insira um cilindro metálico de três centímetros de diâmetro e 25 centímetros de comprimento dentro da bainha. Em seguida, empurre para baixo e force a bainha no cilindro para criar crimpagens.

Mecanicamente, fixe a bainha no lugar com uma braçadeira e aqueça-a com uma pistola de aquecimento a 350 graus Celsius por dois a três minutos. Para obter uma deformação permanente, deixe a bainha esfriar até a temperatura ambiente e, em seguida, remova o cilindro interno. Passe os tubos da unidade de silício pelos orifícios da tampa C.Em seguida, despeje três gramas de silicone DGAs na tampa C e deslize a parte inferior do módulo previamente fabricado na tampa C.Deslize a bainha crimpada ao redor do módulo e empurre as primeiras crimpagens dentro da tampa C e mergulhe-as no silicone recém-derramado.

Ajuste o forno a uma temperatura de 60 graus Celsius e coloque a amostra por cerca de 20 minutos. Assim que o silicone estiver curado, repita o mesmo processo do outro lado usando a tampa D para fixar a bainha na parte superior. Uma vez que o silicone também esteja curado na parte superior, remova a tampa C e a tampa D da parte inferior e superior do módulo, respectivamente.

Por fim, remova o cilindro de reforço de toda a unidade de silício. Despeje alguns gramas de látex líquido em um copo de plástico e mergulhe o cilindro para a membrana dentro do látex líquido até que a superfície esteja completamente coberta. Em seguida, remova-o do látex e deixe a membrana secar sob o capô por 20 minutos.

Em seguida, forme uma segunda camada mergulhando-a novamente no látex e deixando-a secar por mais 20 minutos. Depois de seco, remova a membrana do molde. Corte um tubo de dois milímetros de diâmetro com um comprimento de 30 centímetros.

Em seguida, pegue um pedaço de tecido de náilon de 10 milímetros por 10 milímetros e feche uma extremidade do tubo com esse tecido usando supercola. Em seguida, pese cerca de quatro gramas de café granulado e preencha a membrana o máximo possível com o pó. Insira a extremidade filtrada do tubo dentro da membrana cheia e fixe-a ao redor do tubo.

Usando um filme plástico, aplique um vácuo do outro lado do tubo para endurecer a membrana e, em seguida, insira a membrana dentro do canal central vazio do módulo de silício. Em seguida, cole as extremidades da membrana de reforço no módulo de silicone. Feche o anel ao redor da parte inferior do módulo.

Despeje um pouco de silicone novo no anel para nivelar a superfície e deixe o silicone secar sob um capuz. Por fim, remova os anéis e repita o procedimento para a parte superior do módulo. Quando todas as três câmaras são acionadas simultaneamente com a mesma pressão, o módulo se alonga a partir do comprimento de 50 milímetros a zero bar, o módulo atinge 83,3 milímetros com 0,65 bar de pressão, o que corresponde a um alongamento de 33,3 milímetros, que é cerca de 66%Usando apenas uma ou duas das câmaras fará com que a configuração dobre.

O módulo é capaz de dobrar até 120 graus no caso de dobra de uma câmara e até 80 graus para dobra de duas câmaras. Em ambos os casos, uma flexão significativa começa quando as câmaras são infladas em cerca de 0,3 bar. O módulo é capaz de gerar forças de 24,1 Newtons quando uma câmara é acionada até 47,1 newtons quando três câmaras são infladas.

Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em quatro horas se for executada corretamente. Essa técnica abre caminho para pesquisadores no campo da robótica suave explorarem a combinação entre tecnologias fluídicas, de ação e de rigidez variável para estruturas macias. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como gerenciar a moldagem de materiais macios e como integrar calculadoras 3D flexíveis com um mecanismo de rigidez variável.

Não se esqueça que trabalhar com silicone, um látex pode ser muito perigoso e precauções como trabalhar sob hotte e usar luvas devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.