要約
便失禁は、無数の発症メカニズムに起因しており、世界的に大きな注目を集めている。その重要性にもかかわらず、便失禁メカニズムを研究するための排便システムの再現は、社会的スティグマやタブーのため、依然として限定的である。我々は直腸の機能性にヒントを得て、電源、圧力検知、データ収集システム、洗浄機構、ステージ、直腸モジュールを含むソフトロボットシステムを開発した。革新的なソフト直腸モジュールには、括約筋に着想を得たアクチュエータ、ソフトとリジッドの両方のカバー、ソフト直腸モールドが含まれる。直腸型は、人間の直腸組織を忠実に模倣した材料から作製され、金型複製製造法を用いて製造される。鋳型の軟質および硬質の構成要素はいずれも3Dプリンティング技術の応用によって実現されている。二重構造の袋を特徴とする括約筋に着想を得たアクチュエータは、高い収縮比（100％）、高い発生圧力（9.8kPa）、小さな回復時間（3秒）を得ることを目標に、多層パーセプトロン法に基づいてモデル化され、最適化されている。組み立てると、この排便ロボットは、液体便をスムーズに排出し、制御された固形便の切断を行い、非常に固い長尺便を排便することができ、人間の直腸と肛門管の機能を忠実に再現することができる。この排便ロボットは、人間の複雑な排便システムの理解を助け、排便に関する福祉機器の開発に貢献する可能性を秘めている。
要約(オリジナル)
Fecal incontinence, arising from a myriad of pathogenic mechanisms, has attracted considerable global attention. Despite its significance, the replication of the defecatory system for studying fecal incontinence mechanisms remains limited largely due to social stigma and taboos. Inspired by the rectum’s functionalities, we have developed a soft robotic system, encompassing a power supply, pressure sensing, data acquisition systems, a flushing mechanism, a stage, and a rectal module. The innovative soft rectal module includes actuators inspired by sphincter muscles, both soft and rigid covers, and soft rectum mold. The rectal mold, fabricated from materials that closely mimic human rectal tissue, is produced using the mold replication fabrication method. Both the soft and rigid components of the mold are realized through the application of 3D-printing technology. The sphincter muscles-inspired actuators featuring double-layer pouch structures are modeled and optimized based on multilayer perceptron methods aiming to obtain high contractions ratios (100%), high generated pressure (9.8 kPa), and small recovery time (3 s). Upon assembly, this defecation robot is capable of smoothly expelling liquid faeces, performing controlled solid fecal cutting, and defecating extremely solid long faeces, thus closely replicating the human rectum and anal canal’s functions. This defecation robot has the potential to assist humans in understanding the complex defecation system and contribute to the development of well-being devices related to defecation.
arxiv情報
| 著者 | Zebing Mao,Sota Suzuki,Hiroyuki Nabae,Shoko Miyagawa,Koichi Suzumori,Shingo Maeda |
| 発行日 | 2024-06-02 02:05:08+00:00 |
| arxivサイト | arxiv_id(pdf) |