Дизайн и изготовление из группы эластомерных для мягкой модульных роботов в минимально инвазивной хирургии

Общая цель этого протокола заключается в изготовлении мягкого блока, который будет интегрирован в мультимодальный манипулятор для использования в минимально инвазивной хирургии. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области мягкой робототехники, показав, как оптимизировать процедуру изготовления мягкого манипулятора с высокой ловкостью и жесткостью. Главное преимущество данной методики в том, что она очень быстрая и недорогая.

Кроме того, конечный продукт может быть воспроизведен для создания мультимодальной архитектуры, улучшающей производительность манипулятора. Как правило, новички в этом методе будут испытывать трудности, потому что силиконовые модули сложной формы обычно требуют многоэтапной процедуры публикации, где оптимизация часто занимает много времени. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку этапы изготовления внешнего сдвига трудно освоить, поскольку они основаны на коммерческом ярком сдвиге, который полностью модифицируется для конечной цели.

Демонстрировать процедуру будут аспирантка Джада Бон и научный сотрудник моей лаборатории Маргарита Бланко. Добавьте 12 граммов части А и 12 граммов части Б в ту же чашку Петри и смешайте их вместе, чтобы приготовить силикон. Затем поместите смешанный силикон в DGAs под давлением одного бара.

Держите материал под вакуумом до тех пор, пока все пузырьки не будут удалены из силиконового материала. Обычно это занимает около 10 минут после того, как материалы полностью освобождаются от пузырьков, выпускают вакуум и удаляют силикон, который теперь готов к использованию. Соберите форму, сначала вставив цилиндр жесткости и верхнюю часть камер в крышку А, а затем закрыв оболочки вокруг нее.

Залить силикон внутрь собранной формы до края оболочек. Установите духовку на температуру 60 градусов по Цельсию и поставьте заполненную форму в духовку. Оставьте силиконовый отверждение примерно на 30 минут.

Снимите внешние оболочки и колпачок А с отвержденного силикона. Далее вставьте силиконовые модули из основания камер и цилиндра жесткости внутрь крышки В. Снова закройте оболочки вокруг модуля, сдвинув их на 10 миллиметров вверх для того, чтобы между верхней поверхностью модуля и краями оболочек образовался зазор в 10 миллиметров. Налейте дополнительно силикона внутрь переставленной формы до края оболочек с верхней стороны.

Высушите свежезалитый силикон в духовке при температуре 60 градусов Цельсия около 30 минут. Снимите внешнюю обшивку крышки B и все камеры, кроме цилиндра жесткости. Отрежьте силиконовые трубки диаметром три миллиметра длиной около 30 сантиметров.

Нанесите силиконовый клей на внешнюю сторону одного конца каждой трубки на первые 10 миллиметров. Затем вставьте трубки внутрь выделенных двух миллиметровых каналов. В кремниевом блоке.

Дайте клею застыть в течение 12 минут. При комнатной температуре отрежьте 70 сантиметров расширяемой плетеной оболочки, а затем вставьте внутрь ножны металлический цилиндр диаметром три сантиметра и длиной 25 сантиметров. Затем надавите и придавите оболочку к цилиндру, чтобы создать обжимы.

Механически зафиксируйте ножны на месте с помощью хомута и нагрейте его нагревательным пистолетом при температуре 350 градусов Цельсия в течение двух-трех минут. Чтобы получить остаточную деформацию, дайте оболочке остыть до комнатной температуры, а затем снимите внутренний цилиндр. Пропустите трубки от силиконового блока через отверстия крышки C. Затем налейте три грамма силикона DGA в крышку C и сдвиньте нижнюю сторону ранее изготовленного модуля в крышку C. Наденьте обжатую оболочку вокруг модуля и протолкните первые обжимы внутрь крышки C и опустите их в свежезалитый силикон.

Установите духовку на температуру 60 градусов по Цельсию и поместите образец примерно на 20 минут. Как только силикон затвердеет, повторите тот же процесс с другой стороны, используя колпачок D, чтобы зафиксировать оболочку на верхней стороне. После того, как силикон также затвердеет на верхней стороне, снимите колпачок C и колпачок D снизу и сверху модуля соответственно.

Наконец, снимите цилиндр жесткости со всего силиконового блока. Налейте несколько граммов жидкого латекса в пластиковый стакан и погрузите цилиндр для мембраны внутрь жидкого латекса до полного покрытия поверхности. Затем выньте его из латекса и дайте мембране высохнуть под капюшоном в течение 20 минут.

Затем сформируйте второй слой, снова погрузив его в латекс и дав ему высохнуть еще 20 минут. После высыхания снимите мембрану с формы. Отрежьте трубку диаметром два миллиметра до длины 30 сантиметров.

Затем возьмите кусочек капроновой ткани размером 10 на 10 миллиметров и закройте этим салфеткой один конец трубки с помощью суперклея. Далее взвесьте около четырех граммов гранулированного кофе и максимально заполните мембрану порошком. Вставьте отфильтрованный конец трубки внутрь заполненной мембраны и закрепите его вокруг трубки.

Используя пластиковую пленку, подайте вакуум на другую сторону трубки, чтобы сделать мембрану более жесткой, а затем вставьте мембрану внутрь пустого центрального канала силиконового модуля. Далее приклейте концы мембраны жесткости к силиконовому модулю. Закройте кольцо вокруг нижней стороны модуля.

Налейте в кольцо немного свежего силикона, чтобы выровнять поверхность, и дайте силикону высохнуть под капюшоном. Наконец, снимите кольца и повторите процедуру для верхней стороны модуля. Когда все три камеры одновременно приводятся в действие с одинаковым давлением, модуль удлиняется, начиная с длины 50 миллиметров при нулевом баре, модуль достигает 83,3 миллиметра при давлении 0,65 бар, что соответствует удлинению в 33,3 миллиметра, что составляет около 66%.

Модуль способен изгибаться до 120 градусов при однокамерном изгибе и до 80 градусов при двухкамерном изгибе. В обоих случаях значительный изгиб начинается при надувании камер примерно на 0,3 бар. Модуль способен генерировать силы от 24,1 Ньютон при срабатывании одной камеры до 47,1 Ньютон при раздувании трех камер.

Как только вы освоите эту технику, ее можно будет выполнить за четыре часа, если она будет выполнена правильно. Этот метод прокладывает путь исследователям в области мягкой робототехники для изучения комбинации между жидкостными, активными и переменными технологиями жесткости для мягких структур. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как управлять формованием мягких материалов и как интегрировать гибкие 3D-калькуляторы с механизмом переменной жесткости.

Не забывайте, что работа с силиконом, латексом может быть действительно опасной и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как работа под вытяжным шкафом и ношение перчаток.