This work was supported by the EC within the framework of the STIFF-FLOP FP7-ICT-2011.2.1 European Project (#287728).

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 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוקל 12 גרם של חלק ו -12 גרם של חלק ב &#39;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 &#39;(הבסיס) וחלק ב&#39; (הזרז). הם משמשים ב1A פרופורציה: 1B במשקל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol> 2. ייצור של מודול Siliconic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצרת של העובש. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את גליל התקשות וחלק העליון של התאים לתוך cap_A (איור 3 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את הפגזים סביב השכבה השנייה של cap_A. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליהוק סיליקון ראשון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את סיליקון בתוך התבנית עד התאסף לקצה של הפגזים (3 ב איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את התבנית בתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -30 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סידור מחדש של העובש. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הפגזים החיצוניים וcap_A (איור 3ג). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הגלילים מהבסיסים של התאים וגליל התקשות בתוך cap_B (3D איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את הפגזים שוב סביב מודול, מחליק אותם 10 מ&quot;מ כלפי מעלה כדי שיהיה לי פער של 10 מ&quot;מ בין המשטח העליון של מודול ואת הקצוות של הפגזים (3E איור). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליהוק סיליקון שני. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את סיליקון בתוך התבנית עד מחדש לקצה של הפגזים בצד העליון (איור 3F) (גם עד גליל ההתקשות כלומר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את התבנית לתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הפגזים החיצוניים, cap_B והתאים (למעט גליל ההתקשות) (3G איור). </li></ol></li></ol> 3. החדרת צינורות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך 3 צינורות לאותו אורך רצוי (300 מ&quot;מ לדוגמא). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים דבק siliconic סביב קצה אחד של צינור אחד במשך 10 מ&quot;מ, ללא אובstructing הצינורות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הצינורות בתוך 2 מ&quot;מ מוקדש ערוצים ביחידת siliconic (3H איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר זמן ריפוי של 12 דקות בטמפרטורת חדר או לשים את המודול בתוך תנור בטמפרטורה גבוהה (50 ° - 60 °) כדי לזרז את תהליך הייבוש. </li></ol> 4. ייצור של Crimped קלוע נדן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך 700 מ&quot;מ של נדן הרחבה קלוע (כ 15 פעמים את הגובה של מודול). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס גליל מתכתי של 30 מ&quot;מ בקוטר 250 מ&quot;מ ואורך בתוך הנדן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדחוף למטה ולאלץ את הנדן על ידי הזזה על הגליל, על מנת ליצור crimps. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכאני לתקן את הנדן במקום עם מהדק וחום עם אקדח חימום ב 350 מעלות צלזיוס במשך 2-3 דקות עד שעיוות קבועה מתקבלת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו הנדן להתקרר ולהסיר את הגליל הפנימי. </li></ol> 5. שילוב של נדן החיצוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעביר אתצינורות דרך החורים של cap_C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 3 גרם של סיליקון לcap_C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצמד cap_C לתמיכה גבוהה ממטוס העבודה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הצד התחתון של מודול המפוברק בעבר לcap_C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלק את הנדן המסולסל סביב מודול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדחוף את crimps הראשון של הנדן בתוך cap_C ולטבול אותם לסיליקון הטרי שפך (איור 3i). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את התבנית לתנור על 60 מעלות צלזיוס במשך כ -20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על אותו ההליך מנקודה 5.1-5.6 כדי לתקן את הנדן בצד העליון, באמצעות cap_D (י 3 איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר cap_C וcap_D. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הגליל המרכזי (איור 3k). </li></ol> 6. ייצור של גרגירי שיבוש ממברנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 5 גרם של לטקס נוזלי לתוך כוס פלסטיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את הגליל לממברנה (החתיכה האחרונה שמוצגת באיור 2) בתוך הלטקס הנוזלי עד פני השטחמכוסה לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תן לו להתייבש מתחת למכסת מנוע במשך 20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקודות חזרו 6.2 ו -6.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר את הקרום מהתבנית. </li></ol> 7. קלטי גרגירי שיבוש ממברנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך צינור (2 מ&quot;מ קוטר) לאורך הרצוי (300 מ&quot;מ לדוגמא). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים חתיכה של כ -100 מ&quot;מ 2 של רקמת ניילון בריבוע ולסגור קצה אחד של הצינור עם רקמה זו באמצעות סרט פרפין פלסטיק או דבק מגע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 4 גרם של אבקת קפה ולמלא את הקרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הצינור (סוף עם המסנן) בתוך הקרום המלא ולתקן אותה סביב הצינור באמצעות סרט פרפין פלסטיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ואקום בצד השני של הצינור (הקרום הופך נוקשה) האחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הקרום בתוך הערוץ המרכזי הריק של מודול siliconic (3L איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדביקים את הקצוות של קרום ההתקשות למודול סיליקון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את הטבעות סביב החלק העליוןהצד השני של מודול (3M איור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים 2 גרם של סיליקון לטבעות כדי ליישר את פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בואו היבש סיליקון מתחת למכסת מנוע או בתנור על 60 מעלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הטבעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור מנקודות 7.8-7.11 לצד התחתון (איור 3 יד). </li></ol>

<ol>
	<li>Scott, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Completely+transvaginal+NOTES+cholecystectomy+using+magnetically+anchored+instruments.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Robotic+Platforms+for+Minimally+Invasive+Surgery.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+Robotics.">Flexible Robotics.</a> BJU International. 107, 187-189 (2011).</li><li>Degani, A., Choset, H., Wolf, A., Zenati, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+articulated+robotic+probe+for+minimally+invasive+surgery.">Highly articulated robotic probe for minimally invasive surgery.</a> 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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic-assisted+micro-surgery+of+the+throat:+The+trans-nasal+approach.">Robotic-assisted micro-surgery of the throat: The trans-nasal approach.</a> , 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Debulking+From+Within:+A+Robotic+Steerable+Cannula+for+Intracerebral+Hemorrhage+Evacuation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Miniature+Robot+for+Retraction+Tasks+under+Vision+Assistance+in+Minimally+Invasive+Surgery.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Robotics:+new+perspectives+for+robot+bodyware+and+control.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scopes+too+flexible...and+too+stiff.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+development+of+a+soft+robotic+octopus+arm+exploiting+embodied+intelligence.">Design and development of a soft robotic octopus arm exploiting embodied intelligence.</a> , 5271-5276 (2012).</li><li>Smith, K., Kier, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trunks,+tongues,+and+tentacles:+Moving+with+skeletons+of+muscle.">Trunks, tongues, and tentacles: Moving with skeletons of muscle.</a> American Scientist. 77, 28-35 (1989).</li><li>Walker, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+issues+in+creating+&#8220;invertebrate&#8221;+robots.">Some issues in creating &#8220;invertebrate&#8221; robots.</a> , (2000).</li><li>McMahan, W., Jones, B., Walker, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+a+multi-section+continuum+robot:+Air-octor.">Design and implementation of a multi-section continuum robot: Air-octor.</a> 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Soft+Robot+Arm+Inspired+by+the+Octopus.">A Soft Robot Arm Inspired by the Octopus.</a> Advanced Robotics (Special Issue on Soft Robotics). 26, 709-727 (2012).</li><li>Chianchetti, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+robotics+technologies+to+address+shortcomings+in+today&#8217;s+minimally+invasive+surgery:+the+STIFF-FLOP+approach.">Soft robotics technologies to address shortcomings in today&#8217;s minimally invasive surgery: the STIFF-FLOP approach.</a> Soft Robotics. 1, 122-131 (2014).</li><li>Cheng, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+Analysis+of+a+Robust,+Low-cost,+Highly+Articulated+manipulator+enabled+by+jamming+of+granular+media.">Design and Analysis of a Robust, Low-cost, Highly Articulated manipulator enabled by jamming of granular media.</a> , 4328-4333 (2012).</li><li>Cianchetti, M., Ranzani, T., Gerboni, G., De Falco, I., Laschi, C., Menciassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STIFF-FLOP+Surgical+Manipulator:+mechanical+design+and+experimental+characterization+of+the+single+module.">STIFF-FLOP Surgical Manipulator: mechanical design and experimental characterization of the single module.</a> 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 target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+soft+and+controllable+stiffness+manipulator+for+minimally+invasive+surgery:+preliminary+characterization+of+the+modular+design).">A soft and controllable stiffness manipulator for minimally invasive surgery: preliminary characterization of the modular design).</a> 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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STIFF-FLOP+surgical+manipulator:+design+and+preliminary+motion+evaluation).">STIFF-FLOP surgical manipulator: design and preliminary motion evaluation).</a> Proceedings of 4th WorkShop on Computer/Robot Assisted Surgery (CRAS). , 131-134 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

The technique described in this protocol enables the fabrication of a pneumatically actuated soft unit usable for modular compliant structures. Thanks to the design of the molds and their simple assembly, it is possible to fabricate one complete module in about 4 hours with 7 main steps. The process of fabrication involves specific materials, which are easily available, and work should be carried out under a fume hood. An external set up including air valves, air compressor and vacuum pump is necessary to activate the mo...

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.

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

design and fabrication of an elastomeric unit for soft modular robots in minimally invasive surgery

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%.

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 מד?...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery at JoVE.com

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

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

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

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K Views.  Scuola Superiore Sant'Anna. This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported. 

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

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Engineering

Fabrication of Soft Pneumatic Network Actuators with Oblique Chambers

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending deformation and low input. However, their monotonous bending motion form in two-dimensional (2-D) space keeps them away from wide applications. This paper presents a detailed fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers, to explore their motions in three-dimensional (3-D) space. The design of oblique chambers enables actuators with tunable coupled bending and twisting capabilities, which gives them the possibility to move dexterously in flexible manipulators, to become biologically inspired robots and medical devices. The fabrication process is based on the molding method, including the silicone elastomer preparation, chamber and base parts fabrication, actuator assembly, tubing connections, checks for leaks, and actuator repair. The fabrication method guarantees the rapid manufacturing of a series of actuators with only a few modifications in the molds. The test results show the high quality of the actuators and their prominent bending and twisting capabilities. Experiments of the gripper demonstrate the advantages of the development in adapting to objects with different diameters and providing sufficient friction.

Here we present a fabrication method of soft pneumatic network actuators with oblique chambers. The actuators are capable of generating coupled bending and twisting motions, which broadens their application in soft robotics.

ייצור של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם המלוכסן צ'יימברס

Soft pneumatic network actuators have become one of the most promising actuation devices in soft robotics which benefits from their large bending ...

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ultrasound. However, limited numbers of robots designed for extra-corporeal ultrasound have been successfully translated into clinical use. In this study, we aim to build a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination, which is lightweight and has a small footprint. The robot is formed by five specially shaped links and custom-made joint mechanisms for probe manipulation, to cover the necessary range of motion with redundant degrees of freedom to ensure the patient&#39;s safety. The mechanical safety is emphasized with a clutch mechanism, to limit the force applied to patients. As a result of the design, the total weight of the manipulator is less than 2 kg and the length of the manipulator is about 25 cm. The design has been implemented, and simulation, phantom, and volunteer studies have been performed, to validate the range of motion, the ability to make fine adjustments, mechanical reliability, and the safe operation of the clutch. This paper details the design and implementation of the bespoke robotic ultrasound manipulator, with the design and assembly methods illustrated. Testing results to demonstrate the design features and clinical experience of using the system are presented. It is concluded that the current proposed robotic manipulator meets the requirements as a bespoke system for extra-corporeal ultrasound examination and has great potential to be translated into clinical use.

This paper introduces the design and implementation of a bespoke robotic manipulator for extra-corporeal ultrasound examination. The system has five degrees of freedom with lightweight joints made by 3D printing and a mechanical clutch for safety management.

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

Rapid Manufacturing of Thin Soft Pneumatic Actuators and Robots

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a laser cutter machine. The method starts with the lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets using a heat press for 10 min at the temperature of ~93 &#176;C. Next, the parameters of the laser cutter machine are optimized to produce a rectangular balloon with maximum burst pressure. Using the optimized parameters, the soft actuators are laser cut/welded three times sequentially. Next, a dispensing needle is attached to the actuator, allowing it to be inflated. The effect of geometrical parameters on the deflection of the actuator are studied systematically by varying the channel width and length. Finally, the performance of the actuator is characterized using an optical camera and a fluid dispenser. Conventional fabrication methods of soft pneumatic actuators based on silicone molding are time consuming (several hours). They also result in strong but bulky actuators, which limits the actuator&#8217;s applications. Moreover, microfabrication of thin pneumatic actuators is both time-consuming and expensive. The proposed manufacturing method in the current work resolves these issues by introducing a fast, simple, and cost-effective fabrication method of ultrathin pneumatic actuators.

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with a thin form factor. The fabrication method starts with lamination of thermoplastic polyurethane (TPU) sheets followed by laser cutting/welding of a two-dimensional pattern to form actuators and robots.

הייצור המהיר של הפעילים הפניאומטיים והרובוטים הדקים

This protocol describes a method for rapid manufacturing of soft pneumatic actuators and robots with an ultrathin form factor using a heat press and a ...

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

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

רוד מבוססי ייצור של מכשירים גריפר פניאומטיים רובוטית להתאמה אישית רך עבור מניפולציה רקמה עדינה

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

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

ייצור, בקרה והערכת ביצועים של רובוט רך בהשראת שממית

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

מהפכה בשיקום שבץ מוחי עם אחיזה משופרת ושחזור אצבעות

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping movements. The design of this innovative limb draws inspiration from bending pneumatic muscles and the unique characteristics of an elephant's trunk tip. It places a strong emphasis on crucial factors such as lightweight construction, safety, compliance, waterproofing, and achieving a high output-to-weight/pressure ratio. The proposed structure enables the robotic limb to perform both envelope and fingertip grasping. Human-robot interaction is facilitated through a flexible bending sensor, detecting the wearer's finger movements and connecting them to motion control via a threshold segmentation method. Additionally, the system is portable for versatile daily use. To validate the effectiveness of this innovation, real-world experiments involving six chronic stroke patients and three healthy volunteers were conducted. The feedback received through questionnaires indicates that the designed mechanism holds immense promise in assisting chronic stroke patients with their daily grasping activities, potentially improving their quality of life and rehabilitation outcomes.

מחבר זרקור: שיפור יכולות אחיזה עבור חולים המיפלגיים עם גפיים רובוטיות גמישות 

This protocol introduces a flexible wearable supernumerary robotic limb tailored to assist in finger rehabilitation for stroke patients. The design incorporates a bending sensor to facilitate seamless human-robot interaction. Validation through experiments involving both healthy volunteers and stroke patients underscores the efficacy and dependability of the proposed study.

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

תהליך ייצור של מפעילי אלסטומר דיאלקטרי מבוסס סיליקון

ייצור של מפעילים רשת פנאומטיים רך עם המלוכסן צ'יימברס

העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו סאונד אקסטרה גשמית

הייצור המהיר של הפעילים הפניאומטיים והרובוטים הדקים

רוד מבוססי ייצור של מכשירים גריפר פניאומטיים רובוטית להתאמה אישית רך עבור מניפולציה רקמה עדינה

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

ייצור, בקרה והערכת ביצועים של רובוט רך בהשראת שממית

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני