Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

Published: November 14, 2015 doi: 10.3791/53118

Abstract

בשנים האחרונות, טכנולוגיות רובוטיקה הרכה עוררו עניין גובר בתחום הרפואי בשל האינטראקציה בטוחה במהותם בסביבות בלתי מובנים. במקביל, נהלים וטכניקות חדשים פותחו כדי להפחית את הפולשנות של ניתוחים. מינימאלי ניתוח פולשני (MIS) כבר מועסק בהצלחה להתערבויות בטן, נהלי MIS סטנדרטיים זאת מתבססים בעיקר על כלים קשיחים או קשיחים למחצה המגבילים את המיומנות של המטפל. מאמר זה מציג מניפולטור מיומן רך והגבוה לMIS. מניפולטור בהשראת היכולות הביולוגיות של זרוע התמנון, והוא נועד עם גישה מודולרית. כל מודול מציג את אותם מאפיינים פונקציונליים, ובכך להשיג גבוהה מיומנות וצדדית כאשר יותר מודולים משולבים. הנייר מפרט את העיצוב, תהליך ייצור וחומרים הדרושים לפיתוח יחידה אחת, המיוצרת על ידי castinסיליקון גרם בתוך תבניות ספציפיות. התוצאה מורכבת בגליל אלסטומרי כוללים שלוש גליליים גמיש המאפשרים התארכות וכיפוף רב-כיווני של היחידה. נדן קלוע חיצוני משפר את התנועה של מודול. במרכז של כל מודול מנגנון המבוסס על שיבוש גרגירים משתנה הקשיחות של המבנה במהלך המשימות. בדיקות מראות כי מודול הוא מסוגל לכופף עד 120 מעלות ולהאריך עד 66% מהאורך הראשוני. מודול יוצר כוח מרבי של 47 N, והנוקשות שלה יכולות להגדיל עד 36%.

Introduction

מגמות חדשות בתחום הרפואה דוחפות להפחתה בהפולשנות של ניתוחים. מינימאלי ניתוח פולשני (MIS) שופר בהצלחה בשנים האחרונות לפעילות בטן. נהלי MIS מבוססים על השימוש בכלים הציגו דרך ארבע או חמש נקודות גישה (trocars) מונחות על דופן הבטן. על מנת לצמצם את מספר trocars, יכולים להיות מוכנסים המכשירים על ידי יציאה אחת לפרוסקופיה (SPL) או ניתוח הטבעי פתח Translumenal אנדוסקופי (אורים) 1. נהלים אלה למנוע צלקות נראות לעין חיצונית, אך להגדיל את הקושי לרופאים בביצוע הניתוח. הגבלה זו נובעת בעיקר מנקודות מופחתות של גישה והאופי הנוקשה וקשיח למחצה של המכשירים, שאינם מסוגל למנוע או לעבור סביב איברים 2, 3. מיומנות ותנועתיות ניתן לשפר באמצעות ביטוי והיפר-מיותר רובוטים שיכולים לכסות סביבת עבודה רחבה יותר ומורכבת יותר, השלנו מאפשרים יעד ספציפי בגוף שהגיע בקלות רבה יותר 4, 5, 6 ולעבוד כמערכות נסיגה בעת צורך 7. מניפולטור גמיש יכול לשפר את היענות רקמה, ובכך יוצר קשר בטוח יותר מאשר על ידי כלים מסורתיים.

עם זאת, מניפולטורים אלה לעתים קרובות חוסר יציבות כאשר מגיע ליעד, ובדרך כלל הם לא יכולים לשלוט במגע עם הרקמות הסובבות 8, 9. מחקרים על מבנים ביולוגיים, כגון זרוע תמנון 10 והחדק 11, לאחרונה בהשראת העיצוב של מניפולטורים גמישים, עיוותים ותואמות עם מספר מיותר של דרגות החופש (DoFs) וקשיחות לשליטה 12. אלו סוגים של מכשירים לנצל מעיינות פסיביות, חומרים חכמים, אלמנטי פנאומטי, או גידים 13, 14, 15. באופן כללי, מניפולטורים מפוברקים עם חומרים רכים וגמישים אינם מבטיחים את הדור של כוחות גבוהים.

Tהוא נוקשה הפלופ (מניפולטור קשיחות לשליטה גמיש וניתן ללמידה לניתוחים) מניפולטור הוצג לאחרונה כמכשיר כירורגי רומן לאורים וSPL בהשראת היכולות של התמנון. כדי להתגבר על המגבלות של מניפולטורים רכים קודמים, יש לו גוף רך כמו גם גבוהה מיומנות, גבוה כוח וקשיחות לשליטה 16.

הארכיטקטורה של מניפולטור מבוססת על גישה מודולרית: יחידות מרובות, עם אותו המבנה והפונקציונאליות, הם משולבים יחד. היחידה אחת מוצגת באיור 1. היא מבוססת על צילינדר אלסטומרי מתקבל על ידי ייצור רב-. צעדי ההרכבה של רכיבי העובש ותהליכי הליהוק לאפשר שלושה תאים ריקים (להפעלה ללא fluidic) וערוץ אחד חלול מרכזי 17 (לדיור למנגנון המבוסס על שיבוש גרגירי 18) להיות מוטבע. התאים ממוקמים על 120 מעלות, כך שאינפלציה בשילוב IR מייצרת תנועה והתארכות omnidirectional. בנוסף נדן קלוע חיצוני ממוקם חיצוני להגביל את התרחבות רדיאלי החיצונית של תאי fluidic כאשר לחץ, וכך לייעל את השפעת actuation הקאמרית בתנועת מודול (כיפוף והתארכות).

הערוץ המרכזי שוכן מכשיר גלילי מורכב מקרום חיצוני מלאים בחומר גרגירים. כאשר לחץ ואקום מוחל, הוא משנה את תכונות האלסטיות שלו גורם להתקשחות שמשפיעה על התכונות של כל מודול.

מופעי תנועה ונוקשות הנשלטים על ידי התקנה חיצונית כוללים מדחס אוויר ושלושה שסתומי לחץ לactuating התאים ומשאבת ואקום אחד להפעלת הוואקום בערוץ ההתקשות. ממשק משתמש אינטואיטיבי מאפשר שליטה של ​​לחצים להפעלה ללא וואקום בתוך מודול.

מאמר זה מפרט את fabricatioתהליך n של מודול הבודד של מניפולטור זה ודיווחים על התוצאות משמעותיות ביותר על יכולות תנועה בסיסיות. בהתחשב באופי המודולרי של המכשיר, ההערכה של הייצור וביצועים של רק מודול אחד בודד גם מאפשרת את התוצאות לתוארכנה ולחזות את ההתנהגות הבסיסית של מניפולטור רב-מודול שילוב של שניים או יותר מודולים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: פרוטוקול זה מתאר את שלבי הייצור של מודול בודד, הכולל את תאי fluidic, התקשות ערוץ, צינורות actuation ונדן חיצוני. ההליך הבא חייבת להתבצע מתחת למכסת מנוע קטר ולובש חלוקים וכפפות מטעמי בטיחות. כאמור, תהליך הייצור של יחידת אלסטומרי מבוסס על השימוש רציף של תבניות מעוצבות עם תוכנות CAD. הם מורכבים מחתיכות 13 מוצגות באיור 2 ומפורטות בטבלה 1.

1. הכנת סיליקון

  1. שוקל 12 גרם של חלק ו -12 גרם של חלק ב 'באותו כוס הפלסטיק או צלחת פטרי ומערבבים אותם ביחד, תוך בחישה.
    הערה: פרופורציות חומר יכולות להשתנות בהתאם לסיליקון הספציפי בשימוש, במקרה זה מורכב משני חלקים: חלק א '(הבסיס) וחלק ב' (הזרז). הם משמשים ב1A פרופורציה: 1B במשקל.
  2. מניחים את הכוס המכילה התמהילחומרי סיליקון אד במכונה מסלק גזים בלחץ ואקום בר 1. שמור את הכוס תחת ואקום עד שכל הבועות יוסרו מחומר סיליקון. לסיליקון המועסק תהליך סילוק הגזים לוקח בערך 10 דקות. ברגע שהחומרים הם חופשיים לחלוטין מהנוכחות של בועות, לשחזר את לחץ אטמוספרי למכונה ולהשתמש בסיליקון.

2. ייצור של מודול Siliconic

  1. עצרת של העובש.
    1. הכנס את גליל התקשות וחלק העליון של התאים לתוך cap_A (איור 3 א).
    2. סגור את הפגזים סביב השכבה השנייה של cap_A.
  2. ליהוק סיליקון ראשון.
    1. יוצקים את סיליקון בתוך התבנית עד התאסף לקצה של הפגזים (3 ב איור).
    2. מניחים את התבנית בתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -30 דקות.
  3. סידור מחדש של העובש.
    1. הסר את הפגזים החיצוניים וcap_A (איור 3ג).
    2. הכנס את הגלילים מהבסיסים של התאים וגליל התקשות בתוך cap_B (3D איור).
    3. סגור את הפגזים שוב סביב מודול, מחליק אותם 10 מ"מ כלפי מעלה כדי שיהיה לי פער של 10 מ"מ בין המשטח העליון של מודול ואת הקצוות של הפגזים (3E איור).
  4. ליהוק סיליקון שני.
    1. יוצקים את סיליקון בתוך התבנית עד מחדש לקצה של הפגזים בצד העליון (איור 3F) (גם עד גליל ההתקשות כלומר).
    2. שים את התבנית לתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -30 דקות.
    3. הסר את הפגזים החיצוניים, cap_B והתאים (למעט גליל ההתקשות) (3G איור).

3. החדרת צינורות

  1. חותך 3 צינורות לאותו אורך רצוי (300 מ"מ לדוגמא).
  2. שים דבק siliconic סביב קצה אחד של צינור אחד במשך 10 מ"מ, ללא אובstructing הצינורות.
  3. הכנס את הצינורות בתוך 2 מ"מ מוקדש ערוצים ביחידת siliconic (3H איור).
  4. לאפשר זמן ריפוי של 12 דקות בטמפרטורת חדר או לשים את המודול בתוך תנור בטמפרטורה גבוהה (50 ° - 60 °) כדי לזרז את תהליך הייבוש.

4. ייצור של Crimped קלוע נדן

  1. חותך 700 מ"מ של נדן הרחבה קלוע (כ 15 פעמים את הגובה של מודול).
  2. הכנס גליל מתכתי של 30 מ"מ בקוטר 250 מ"מ ואורך בתוך הנדן.
  3. לדחוף למטה ולאלץ את הנדן על ידי הזזה על הגליל, על מנת ליצור crimps.
  4. מכאני לתקן את הנדן במקום עם מהדק וחום עם אקדח חימום ב 350 מעלות צלזיוס במשך 2-3 דקות עד שעיוות קבועה מתקבלת.
  5. בואו הנדן להתקרר ולהסיר את הגליל הפנימי.

5. שילוב של נדן החיצוני

  1. להעביר אתצינורות דרך החורים של cap_C.
  2. יוצקים 3 גרם של סיליקון לcap_C.
  3. הצמד cap_C לתמיכה גבוהה ממטוס העבודה.
  4. הכנס את הצד התחתון של מודול המפוברק בעבר לcap_C.
  5. חלק את הנדן המסולסל סביב מודול.
  6. לדחוף את crimps הראשון של הנדן בתוך cap_C ולטבול אותם לסיליקון הטרי שפך (איור 3i).
  7. שים את התבנית לתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -20 דקות.
  8. חזור על אותו ההליך מנקודה 5.1-5.6 כדי לתקן את הנדן בצד העליון, באמצעות cap_D (י 3 איור).
  9. הסר cap_C וcap_D.
  10. הסר את הגליל המרכזי (איור 3k).

6. ייצור של גרגירי שיבוש ממברנה

  1. יוצקים 5 גרם של לטקס נוזלי לתוך כוס פלסטיק.
  2. לטבול את הגליל לממברנה (החתיכה האחרונה שמוצגת באיור 2) בתוך הלטקס הנוזלי עד פני השטחמכוסה לחלוטין.
  3. תן לו להתייבש מתחת למכסת מנוע במשך 20 דקות.
  4. נקודות חזרו 6.2 ו -6.3.
  5. להסיר את הקרום מהתבנית.

7. קלטי גרגירי שיבוש ממברנה

  1. חותך צינור (2 מ"מ קוטר) לאורך הרצוי (300 מ"מ לדוגמא).
  2. חותכים חתיכה של כ -100 מ"מ 2 של רקמת ניילון בריבוע ולסגור קצה אחד של הצינור עם רקמה זו באמצעות סרט פרפין פלסטיק או דבק מגע.
  3. לשקול 4 גרם של אבקת קפה ולמלא את הקרום.
  4. הכנס את הצינור (סוף עם המסנן) בתוך הקרום המלא ולתקן אותה סביב הצינור באמצעות סרט פרפין פלסטיק.
  5. החל ואקום בצד השני של הצינור (הקרום הופך נוקשה) האחר.
  6. הכנס את הקרום בתוך הערוץ המרכזי הריק של מודול siliconic (3L איור).
  7. מדביקים את הקצוות של קרום ההתקשות למודול סיליקון.
  8. סגור את הטבעות סביב החלק העליוןהצד השני של מודול (3M איור).
  9. יוצקים 2 גרם של סיליקון לטבעות כדי ליישר את פני השטח.
  10. בואו היבש סיליקון מתחת למכסת מנוע או בתנור על 60 מעלות.
  11. הסר את הטבעות.
  12. חזור מנקודות 7.8-7.11 לצד התחתון (איור 3 יד).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

השלבים השונים של הייצור, שתואר בפרוטוקול, הם באיור 3.

על מנת להעריך את היעילות של הטכניקה והתוצאות של אב הטיפוס הסופי, מודול נבדק בתנאי עבודה שונים. התקנה חיצונית מאפשרת שליטה של ​​שני actuation והנוקשות של מודול. הוא כולל מדחס אוויר שמפעיל שלושה שסתומים. הם מחוברים לצינורות siliconic המשולבים בתאים ומאפשרים שמירת הלחץ שלהם. משאבת ואקום מחוברת לצינור המשולב בקרום השיבוש הפרטני לשליטה מודול נוקשות. שסתומים ומשאבת ואקום מחוברות ללוח אלקטרוני אשר קשורים עם ממשק משתמש אינטואיטיבי המאפשר להגדיר את הערכים של לחץ actuation ורמת הוואקום.

כדי לנתח את הכיפוף (איור 3) והתארכות (איור 5) ביצועים,מודול היה קבוע בבסיס והתאים היו מונעים עם לחצי אוויר ספציפיים. כל עמדה של מודול נרכשה על ידי חיישנים אופטיים ומגנטיים. להערכתו של הכוח (איור 6) וקשיחות (איור 7), תא עומס מועבר על ידי זרוע רובוט אפשרה למדוד את היכולות של מודול בכיוונים שונים.

בדיקות כיפוף (איור 4) להעריך את יכולת omnidirectional הפעילה של מודול. במקרה של 1-קאמרי כיפוף, רק אחד קאמרי כבר מונע להגביר את הלחץ בפנים, בעוד שעבור 2-קאמרי כיפוף, שני חדרים היו בלחץ בו-זמנית עם אותו הלחץ. זווית הכיפוף, המהווה את הזווית בין קו הבסיס וקו הקצה של המודול (ראה ריבועי באיור 4), חושבה לכל תפקיד של מודול, מתאימה לערכי הלחץ. מודול הוא מסוגל לכופף עד 120 מעלות במקרה של bendi 1-קאמריng, ועד 80 מעלות למשך 2-קאמרי כיפוף. בשני המקרים, כיפוף משמעותי מתחיל כאשר התאים מנופחים בכ 0.3 בר (כל ערכי הלחץ דיווחו קשורים ללחץ אטמוספרי). העלילה באיור 4 מדגיש שהשיפוע של עליות העקומה בהתכתבותו של ערך זה. זה מייצג את הנקודה שבה ההתרחבות לרוחב הראשונית של סיליקון מתעכבת על ידי הנדן החיצוני, והכיפוף של מודול הוא הקל. מלחץ 0.55 בר, העקומה היא כ קבועה כי הנדן מגיע יכולת התארכות המקסימלית שלה, תאי לחץ ששרועים לחלוטין הנדן זמין ובכך הרחבת האורך של סיליקון מוגבלת לערך קבוע שמתאים לכיפוף המרבי זָוִית.

כאשר כל שלושת התאים הם מונעים בו זמנית עם אותו הלחץ, מודול מתארך, כפי שמוצג באיור 5. החל מהאורך של 50 מ"מ, מודול מגיע 83.3 מ"מ, אשר תואם את התארכות של כ -66%. שוב, הנדן החיצוני מתחיל להראות את השפעתו בסביבות 0.3 בר, שבו יש עלייה פתאומית ביכולת התארכות. אין רמה נוכחת בלחצים גבוהים, כי במהלך התארכות הנדן לא להגיע אליו התארכות המרבית.

מודול הוא מסוגל לייצר כוחות מ24.1 N, כאשר תא אחד מונע, עד 47.1 N, כאשר שלושה תאים מנופחים (איור 6).

הפעלת לחץ 1 ואקום בר (מוחלט) בערוץ התקשות מראה על עלייה בקשיחות של מודול (איור 7) של 36% בתנאי שאר, 19.6%, 12.4% ו -17.2% ב 90 מעלות כיפוף בy, x ו כיווני z בהתאמה.

הפרוטוקול שהוצג יוצר יחידה אחת רכה ו, עם שינויים קלים שונים, באותו ההליך מאפשר מודולים להיות מפוברק כדיליצור מניפולטור רב-מודול. פתרון אפשרי למניפולטור הוא לשלב שתיים או יותר מודולים בי actuation פנאומטי מסופק במודולים על ידי צינורות. צינורות actuation ישירות להניע את המודול הראשון וצינורות אחרים יכולים לעבור בתאים במודול זה לחצים על התאים של מודול הבא, כפי שהודגמו בעבודות ראשוניות על שילוב מודול 20, 21. במקרה זה, את החלקים של עובש הם אותו פרט לתאים שיש לי שני צילינדרים, אחד בראש ואחד בתחתית, להוספת ועובר צינורות.

איור 1
איור 1. קונספט של מניפולטור וCAD של מודול. מניפולטור מבוסס על גישה רב-מודול. היחידה אחת הוא היווה ידי צילינדר רך הטבעת שלושה מפעילי fluidic, דיור ערוץ מרכזי אחד שיבוש גרגירים, שלושה piPES לספק לחץ ונדן קלוע חיצוני כדי לשפר את תנועת מודול.

איור 2
רכיבי איור 2. עובש לתהליך הייצור. 13 חתיכות משמשים כולל להרכיב תבניות שלסיליקון הוא שפך ולפברק קרום לטקס מותאם אישית.

איור 3
CAD איור 3. בשלבי הייצור. החדרה של התאים וגליל התקשות לcap_A (א) יציקת סיליקון ראשונה, (ב), הסרת הקליפות וcap_C (ג), הקדמה של cap_B (ד), מיקום מחדש של הפגזים (ה), ליהוק סיליקון השני (ו), הסרת קליפות, cap_B ותאים (ז), הכנסהשל הצינורות (ח), החדרת cap_C ונדן לתיקון בצד התחתון (i), החדרת cap_D ונדן לתיקונה בצד העליון (י), גליל הסרת cap_D והתקשות (k), הכנסתה של קרום גרגירי השיבוש (L), סגירה של חצי הטבעות סביב מודול (מ '), מודול הסופי (n).

איור 4
איור 4. כיפוף בדיקה. התנהגות של מודול (קו כחול) כאשר תא אחד מונע ו( קו ורוד) כאשר שני תאים הם מונעים. זווית כיפוף מצויינים במודול בריבועים. מגוון בלחץ המשמש לactuating מודול הולך מ 0 בר לבר 0.65 בצעדים של 0.05. לכל תפקיד של מודול, זווית הכיפוף חושב. נתון זה כבר ציטט מ[ 19].

איור 5
מבחן איור 5. התארכות. התנהגות של מודול במהלך התארכות. כל שלושה התאים הם מונעים בו זמנית עם אותו הלחץ. טווח הלחץ עובר מבר ל0 0.65 בר. לכל תפקיד התארכות חושב. נתון זה כבר ציטט מ[ 19].

איור 6
איור 6. חיל מבחן. הערכה של הכוח בתנאי איזומטרי לאורך כיוון x. תא עומס הוצב בחלק העליון של מודול והכוח חושבו בשלושה מקרים שונים ביחס למספר תאים ומונעים. נתון זה כבר ציטט מ[ 19].

OAD / 53,118 / 53118fig7.jpg "/>
מבחן איור 7. נוקשות. הערכה של הווריאציה הנוקשות בארבע תצורות שונות, כאשר באותו התא הוא מונע. התקות שונות הוטלו על הקצה של מודול באמצעות רובוט 6 dof. הנוקשות חושבו במצב הבסיס של מודול (א) ועל 90 מעלות כיפוף לאורך y, x וכיווני Z (ב, ג, ד). נתון זה שונה מ[ 19].

רכיב עובש מִספָּר תֵאוּר
פגזים 2 אלה havצורה חצי גלילית EA, 40 מ"מ גובה, עם רדיוס פנימי של 12.5 מ"מ ורדיוס חיצוני של 14.5 מ"מ. כאשר נסגר, הם יוצרים גליל המייצג את הצורה של יחידת siliconic. הפגזים מיוצרים בpolyoxymethylene.
צ'יימברס 3 תאים אלה מייצגים השליליים של תאי actuation. יש להם צורה מלאה למחצה גלילית עם קצוות מעוגלים, 30 מ"מ בגובה עם רדיוס 4 מ"מ. כדי להקל על כניסתה של צינורות actuation, בבסיסו של כל תא יש גליל בקוטר של 1.5 מ"מ ובאורך של 13 מ"מ. התאים מיוצרים עם מכונת מדפסת 3D.
התקשות צילינדר (למנגנון חסימה הפרטני 1 זהו השליליים של ערוץ ההתקשות. זה 56 מ"מבגובה ו -8 מ"מ קוטר. הוא מפוברק באלומיניום כדי להקל על הסרתה ממרכז גליל siliconic.
cap_A 1 זה חתיכת תמיכה משמשת כדי לתקן וליישר את החתיכות המפורטים לעיל. זה דיסק מדידת 10 מ"מ גובה, בקוטר של 29 מ"מ ל7 מ"מ הראשון של גובה, ו- 25 מ"מ ל3 מ"מ האחר שבם הפגזים החיצוניים קרוב. הצורות העליונה של התאים נועדו בתוך השכבה השנייה, ממוקמים על 120 מעלות, עם עומק של 3 מ"מ על מנת להכניס את התאים העליונים. במרכז הכובע, חור של 8 מ"מ קוטר בתי הצילינדר של ערוץ התקשות.
cap_B 1 חתיכת תמיכה זו דומה לcap_A, רק שונה לשכבה השנייה שבו יש שלושה חורים להקדמהשל הגלילים שנועדו בבסיסם של התאים.
cap_C וcap_D 1 כל תומך אלה מאפשרים הנדן להיות קבוע למודול. יש להם קוטר פנימי של 35 מ"מ וחור מרכזי של 8 מ"מ בקוטר להחדרת גליל ההתקשות. Cap_C שונה מcap_D כי יש לו 3 חורים של 2 מ"מ בקוטר כדי לאפשר הצינורות להיות מוכנסים.
חצי-טבעות 2 יש להם קוטר פנימי של 30 מ"מ וגובה של 10 מ"מ. הם עשויים מאלומיניום. הם משמשים בשלב האחרון של הייצור כדי לסגור את מודול בודאות.
צילינדר לממברנה 1 הוא משמש לייצור של קרום מותאם אישית עבור המנגנון חסימה פרטנית דואר. זה 50 מ"מ גובה ו -15 מ"מ קוטר, ומעוגל גפיים לקבל צורה נוחה לממברנה להיות הציגה למודול. בבסיס, חלק גלילי דק אחת מתקן את העובש על תמיכה במהלך ייצור הקרום.

טבלת 1. רכיבי עובש.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ecoflex 00-50 Trial Kit SmoothOn Used for the fabrication of the soft unit, combining equal amounts of liquid parts A (the base) and B (the catalyst)
Latex Antichità Belsito Used for the fabrication of the granular jamming membrane
Peroxide-Cured Silicone Tubing Cole Parmer T-06411-59 Used for actuating the chambers and applying vacuum
PET expandable braided sleeving RS 408-249 Used for the fabrication of the external braided sheath
Silicone Rubber Momentive 127374 Used to fix the actuation tubes to the module
Parafilm Cole Parmer EW-06720-40 Used to fix the latex membrane to the vacuum tube
Fume hood Secuflow Groupe Waldner Working space
Precision scale KERN EW Used to weight silicone, latex and coffee powder
Oven/degasser Heraeus Used to degass the silicone and reduce its cure time
Vacuum pump DVP Vacuum Technology Used to apply vacuum to the latex membrane

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Scott, D. J., et al. Completely transvaginal NOTES cholecystectomy using magnetically anchored instruments. Surgical Endoscopy. 21, 2308-2316 (2007).
  2. Vitiello, V., Lee, S., Cundy, T., Yang, G. Emerging Robotic Platforms for Minimally Invasive Surgery. IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 6, 111-126 (2013).
  3. Vyas, L., Aquino, D., Kuo, C. -H., Dai, J. S., Dasgupta, P. Flexible Robotics. BJU International. 107, 187-189 (2011).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Burgner, J., Swaney, P. J., Lathrop, R. A., Weaver, K. D., Webster, R. J. Debulking From Within: A Robotic Steerable Cannula for Intracerebral Hemorrhage Evacuation. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 60, 2567-2575 (2013).
  7. Tortora, G., Ranzani, T., De Falco, I., Dario, P., Menciassi, A. A Miniature Robot for Retraction Tasks under Vision Assistance in Minimally Invasive Surgery. Robotics. 3, 70-82 (2014).
  8. Laschi, C., Cianchetti, M. Soft Robotics: new perspectives for robot bodyware and control. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2, (2014).
  9. Loeve, A., Breedveld, P., Dankelman, J. Scopes too flexible...and too stiff. Pulse, IEEE. 1, 26-41 (2010).
  10. 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).
  11. Bionic Handling Assistant, Festo. , Available from http://www.festo.com/cms/en_corp/9655.htm (2010).
  12. Smith, K., Kier, W. M. Trunks, tongues, and tentacles: Moving with skeletons of muscle. American Scientist. 77, 28-35 (1989).
  13. Walker, I. Some issues in creating “invertebrate” robots. International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines, , (2000).
  14. 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).
  15. Laschi, C., Mazzolai, B., Cianchetti, M., Margheri, L., Follador, M., Dario, P. A Soft Robot Arm Inspired by the Octopus. Advanced Robotics (Special Issue on Soft Robotics). 26, 709-727 (2012).
  16. STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 European Project. , Available from http://www.stiff-flop.eu/ (2011).
  17. Chianchetti, M., et al. Soft robotics technologies to address shortcomings in today’s minimally invasive surgery: the STIFF-FLOP approach. Soft Robotics. 1, 122-131 (2014).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

Tags

ביו-הנדסה גיליון 105 ניתוח פולשנית רובוטים מודולריים מפעילים רכים גמיש מניפולטור actuation פנאומטי קשיחות לשליטה שיבוש גרעיני
עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

De Falco, I., Gerboni, G.,More

De Falco, I., Gerboni, G., Cianchetti, M., Menciassi, A. Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery. J. Vis. Exp. (105), e53118, doi:10.3791/53118 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter