Büyük Gelişmeler Tamamen Bağımsız Yumuşak Robotları Gerçekleştirmemize Daha Yakın Getiriyor

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) ve Caltech’ten araştırmacılar, origami’den esinlenen yeni yumuşak robotik sistemler geliştirdiler. Bu yeni sistemler, dış uyaranlara yanıt olarak hareket edebiliyor ve şekil değiştirebiliyor. Yeni gelişmeler, tamamen bağımsız yumuşak robotlara sahip olmamıza daha yakın getiriyor. Bugün sahip olduğumuz yumuşak robotlar, dış güç ve kontrol kullanıyor. Bu nedenle, harici sistemlere bağlı cứngış sistemlere bağlı olmak zorundalar.

Araştırma, Bilimsel Robotik dergisinde yayımlandı. SEAS’ta Biyolojik İlhamlı Mühendislik Hansjorg Wyss Profesörü ve çalışmanın ortak lider yazarı Jennifer A. Lewis, yeni gelişmeler hakkında konuştu.

“3D yazdırılan nesneler içinde aktif malzemeleri entegre etme yetisi, tamamen yeni yumuşak robotik madde sınıflarının tasarlanmasını ve üretilmesini sağlıyor” dedi.

Araştırmacılar, çok işlevli yumuşak robotlar oluşturmak için origami’yi bir model olarak kullandılar. Origami, ardışık katlamalar yoluyla, tek bir yapı içinde birden fazla şekil ve işlevde dönüşebilir. Araştırma ekibi, ısıya maruz kaldığında şeklini değiştirebilen sıvı kristal elastomerleri kullandı. Takım, 3D yazdırma yoluyla iki tür yumuşak menteşe elde etti. Bu menteşeler, sıcaklığa bağlı olarak katlanıyor ve belirli bir sırayla katlanmaları programlanabiliyor.

Arda Kotikan, SEAS ve Sanat ve Bilimler Yüksek Okulu’nda lisansüstü öğrenci ve makalenin ortak ilk yazarı.

“3D yazdırma yoluyla aktif menteşeleri elde etme yöntemimizle, sıcaklık tepkisi, menteşelerin uygulayabileceği tork miktarı, eğme açısı ve katlama yönü üzerinde tam programlama kontrolüne sahibiz. Üretim yöntemimiz, bu aktif bileşenleri diğer malzemelerle entegre etmeyi kolaylaştırıyor” dedi.

Connor McMahan, Caltech’te lisansüstü öğrenci ve makalenin ortak ilk yazarı.

“Menteşeleri kullanmak, robotik fonksiyonları programlamayı ve bir robotun nasıl şekil değiştireceğini kontrol etmeyi kolaylaştırıyor. Bir yumuşak robotun tüm vücudunun, öngörülemez şekillerde deforme olmasına gerek kalmadan, yalnızca birkaç küçük bölgenin sıcaklık değişikliklerine nasıl tepki vereceğini programlamanız yeterli” dedi.

Araştırmacılar, birden fazla yumuşak cihaz geliştirdiler. Bu cihazlardan biri, “Rollbot” adlı bağımsız bir yumuşak robottu. 8 santimetre uzunluğunda ve 4 santimetre genişliğinde bir düz levha olarak başlıyor. Yaklaşık 200°C’lik bir sıcak yüzeye temas ettiğinde, menteşelerin bir seti katlanıyor ve robota beşgen bir tekerlek şekli veriyor.

Tekerleğin her beş tarafında, sıcak bir yüzeye temas ettiğinde katlanan daha fazla menteşe seti bulunuyor.

“Mevcut birçok yumuşak robot, dış güç ve kontrol sistemlerine bağlı olmak zorunda veya uygulayabileceği kuvvetle sınırlı. Bu aktif menteşeler, yumuşak robotların, kabloların pratik olmadığı ortamlarda çalışabilmesini ve menteşelerin çok daha ağır nesneleri kaldırabilmesini sağlıyor” dedi McMahan.

Bu araştırma, yalnızca sıcaklık tepkilerine odaklandı. Gelecekte, sıvı kristal elastomerler, ışığa, pH’a, neme ve diğer dış uyaranlara da tepki verebilecekleri için daha fazla incelenecek.

“Bu çalışma, yanıt veren polimerlerin bir mimari kompozit içinde birleştirilmesinin, farklı uyaranlara tepki veren malzemelerle self-aktüasyonuna yol açabileceğini gösteriyor. Gelecekte, bu malzemeler daha komplex görevleri gerçekleştirmek için programlanabilecek ve malzemeler ile robotlar arasındaki sınırları bulanıklaştıracak” dedi Caltech’te Makine Mühendisliği ve Uygulamalı Fizik Profesörü ve çalışmanın ortak lider yazarı Chiara Daraio.

Araştırmaya, Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad ve Robert D. Weeks de dahil oldu. Çalışma, Ordu Araştırma Ofisi, Harvard Malzeme Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı ve NASA Uzay Teknoloji Araştırma Bursu tarafından desteklenmiştir.