Uçan Mikrobotların Performansını Artıran Yeni Teknik

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, düşük voltajlı, yüksek yoğunluklu, yüksek dayanıklılıkta yumuşak aktüatörler için üretim sağlayan yeni bir üretim tekniği geliştirdiler. Yapay kaslar, robotun yükünü artırır ve en iyi sınıf süzülme performansı elde etmesini sağlar.

Hataları Azaltılmış Yapay Kaslar

Yumuşak aktüatörler, mevcut sürümlere göre %75 daha düşük voltajda çalışır ve %80 daha fazla yük taşır. Üretim tekniği ile üretilen yapay kaslar ayrıca daha az hata içerir, bu da bileşenlerin ömrünü uzatır.

Kevin Chen, Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimi Bölümü’nde D. Reid Weedon, Jr. ’41 asistan profesörüdür. Ayrıca Araştırma Laboratuvarı’nda (RLE) Yumuşak ve Mikro Robotik Laboratuvarı’nın başkanı ve araştırmanın kıdemli yazarıdır.

“Bu, gelecekte mikro robota güç elektronikleri eklememiz için birçok fırsat sunuyor. İnsanlar yumuşak robotların katı robotlar kadar yetenekli olmadığını düşünme eğilimindeler. Biz, bu robotun, bir gramdan daha az ağırlığa sahip olmasına rağmen, süzülme uçuşu sırasında en uzun süreyi ve en küçük hatayı gösterdiğini kanıtladık. Ana mesaj, yumuşak robotların katı robotların performansını aşabileceğidir” diyor Chen.

Araştırma, Advanced Materials dergisinde yayımlandı.

Dikdörtgen robot, bir pennyden dörtte birinden daha az ağırlığa sahiptir ve her biri bir yumuşak aktüatör tarafından sürülen dört kanat setine sahiptir. Kas benzeri aktüatörler, iki ince elektrod arasında yer alan elastomer katmanlarından oluşur. Aktüatöre voltaj uygulanması, elektrodların elastomeri sıkıştırması ve kanadı çırpan mekanik bir gerinme oluşturur.

Ekibin, her biri 10 mikrometre kalınlığında 20 katmana sahip bir aktüatör oluşturmayı başardı.

Spin Kaplama Süreci

Ekibin karşılaştığı önemli bir engel, spin kaplama sürecinde ortaya çıktı. Bu süreç, bir elastomerin düz bir yüzeye dökülmesi ve hızla dönmesi ile ilgilidir. Santrifüj kuvvet, filmin dışarı doğru çekilip inceltmesini sağlar.

“Bu süreçte, hava elastomerin içine girer ve çok sayıda mikroskobik hava kabarcığı oluşturur. Bu hava kabarcıklarının çapı apenas 1 mikrometre olduğundan, önceden bunları ihmal ettik. Ancak daha ince katmanlara ulaştıkça, hava kabarcıklarının etkisi daha da güçlü hale geliyor. Bu, geleneksel olarak insanların bu kadar ince katmanlar oluşturamamasının nedenidir” diyor Chen.

Spin kaplama işleminden hemen sonra bir vakum işleminin yapılması, hava kabarcıklarının giderilmesini ve elastomerin kurutulmasını sağlar.

Bu hataların giderilmesi, aktüatörün güç çıkışını %300’den fazla artırır ve ömrünü önemli ölçüde uzatır.

Araştırmacılar, bu teknikleri kullanarak 20 katmanlı yapay kası oluşturdular ve bunu önceki 6 katmanlı sürümleri ve katı aktüatörlerle karşılaştırdılar.

20 katmanlı aktüatör, çalışmak için 500 voltdan az voltaja ihtiyaç duyuyor ve robotun 3,7’ye 1 gibi bir kaldırma-ağırlık oranına ulaşmasını sağlıyor, bu da robotun kendi ağırlığının yaklaşık üç katına kadar yük taşıyabileceği anlamına geliyor.

Ekibin ayrıca 20 saniyelik bir süzülme uçuşunu başarıyla gerçekleştirdiği bildiriliyor. Chen’e göre bu, bir gramdan daha az ağırlığa sahip bir robot tarafından kaydedilen en uzun süzülme uçuşu.

“İki yıl önce, en güçlü aktüatörü yarattık ve apenas uçabiliyordu. Yumuşak robotların katı robotlarla rekabet edebileceklerini merak etmeye başladık. Bir hata sonra bir diğerini gözlemledik, bu nedenle çalışmaya devam ettik ve bir üretim sorununu ardından diğerini çözdük. Şimdi yumuşak aktüatörün performansı katı aktüatörlerin performansını yakalamaya başladı. Hatta biraz daha iyi hale geldiler. Malzeme biliminde hala anlamadığımız birçok üretim süreci var. Bu nedenle, aktüasyon voltajını azaltmaya devam etmek için çok heyecanlanıyorum” diyor.

Ekibin şimdi, katmanları daha ince hale getirmek için spin kaplamadan daha kesin yöntemler arıyor. Chen, kalınlığın 1 mikrometreye kadar azaltılabileceğini umuyor.