Thiết kế và mô hình hóa bộ phận biến đổi độ cứng cho robot phẫu thuật

( 0 đánh giá )
Miễn phí

Vật liệu & cấu trúc: PET được chọn vì có độ cứng cao, nhiệt độ chuyển pha thấp (~67 °C), và tương thích sinh học. Ống thép xoắn vừa truyền nhiệt vừa giữ độ mềm dẻo. Khi cấp dòng điện vào ống thép, nhiệt sinh ra làm PET mềm đi. Khi ngắt dòng, PET nguội và cứng lại.

  • Thử nghiệm uốn: So sánh độ cứng giữa ống PET đơn, ống PET + thép ở trạng thái cứng, và ở trạng thái mềm. Kết quả: độ cứng giảm ~55 lần khi chuyển từ cứng sang mềm. So với ống nội soi Olympus GIF-2T240, thiết kế mới mềm tương đương phần đầu và cứng hơn phần thân ~9 lần.
  • - Mô hình hóa độ cứng: Dùng DMA để đo mô đun uốn theo nhiệt độ. Dùng mô hình truyền nhiệt 2 lớp (PET và thép) để tính nhiệt độ theo dòng điện, thời gian và kích thước. Mô phỏng bằng COMSOL cho thấy nhiệt độ tăng từ 23 °C lên 90 °C trong ~10 s với dòng 0.4 A. Thời gian nguội tự nhiên mất ~80–100 s.
  • - Nội suy & mô hình toán: Dùng hàm hyperbolic và đa thức bậc cao để nội suy mô đun uốn theo nhiệt độ. Sai số trung bình bình phương (MSE) của mô hình đa thức nhỏ hơn nhiều so với hyperbolic.
  • - Ứng dụng thực tế: Tích hợp vào robot dây kéo gồm 10 khớp cầu nối tiếp. Khi ở trạng thái mềm, robot dễ điều khiển bằng dây. Khi ở trạng thái cứng, robot giữ được hình dạng và tải trọng (giữ được vật nặng 50 g ở đầu robot). Thử nghiệm với mô dạ dày heo cho thấy robot có thể nâng mô mà không cần lực dây khi PET ở trạng thái cứng.