Araştırmacılar Kendiliğinden Hareket Eden Yapay Kirpikleri Oluşturdu

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacıları, kendiliğinden hareket eden ve programlanabilir bir yapay kirpi geliştirdiler. Bu yeni ilerleme, bilim adamlarının küçük, yapay kirpikleri mini robotik sistemler için mühendislik yapmaya çalıştığı yıllardan sonra geldi. Yapay kirpikler, bu robotik sistemlerin bükme, burma ve tersine gibi karmaşık hareketleri gerçekleştirmelerine yardımcı olabilir.

Araştırma Nature dergisinde yayımlandı.

Mikro Yapıların Oluşturulması

Geleneksel olarak, mikro yapıların oluşturulması, karmaşık hareketler oluşturmak için çok adımlı üretim süreçleri ve çeşitli uyaranlar gerektirir, bu da geniş ölçekli uygulamalarının sınırlı olmasına neden olmuştur.

Yeni geliştirilen mikro ölçekli yapılar, yumuşak robotik, biyoyararlanabilir tıbbi cihazlar ve dinamik bilgi şifreleme gibi birçok uygulama için kullanılabilir.

Joanna Aizenberg, SEAS’ta Malzeme Bilimi ve Kimya ve Kimyasal Biyoloji Profesörüdür ve makalenin kıdemli yazarıdır.

“Uygun self-düzenleyici malzemelerdeki yenilikler, programlanabilir hareketler için çok aktif bir alandır ve bu alan, bilim adamları ve mühendislerin disiplinler arası takımları tarafından ele alınmaktadır” dedi Aizenberg. “Bu alanda elde edilen ilerlemeler, malzeme ve cihazların tasarlanma şeklini önemli ölçüde etkileyebilir, özellikle robotik, tıp ve bilgi teknolojileri gibi alanlarda.”

Yapıyı Yeniden Yapılandırarak Hareket Ettirme

Önceki araştırmalar, bu sistemlerin yapısal elemanlarını elde etmek için karmaşık çok bileşenli malzemeler içeriyordu, ancak yeni ekip, tek bir malzeme olan bir mikro yapı direği tasarladı. Bu malzeme, fotoresponsif bir sıvı kristal elastomerdir ve yapı taşlarının yeniden hizalanmasını ve yapının şeklinin değişmesini sağlar.

Şekil değişikliği meydana geldiğinde, ilk olarak ışık vurduğu nokta şeffaf hale gelir, bu da ışığın malzeme içine daha derinlemesine nüfuz etmesine ve daha fazla deformasyona neden olmasına izin verir. Ardından, malzeme deforme olur ve şekil değişir, yani direğin yeni bir noktası ışığa maruz kalır ve şekil değiştirir.

Bu süreç, mikro yapının döngüsel bir hareketle ilerlemesini sağlar.

Shucong Li, Harvard’da Kimya ve Kimyasal Biyoloji Bölümü’nde lisansüstü öğrencisi ve makalenin ortak ilk yazarıdır.

“Bu iç ve dış geri besleme döngüsü, self-düzenleyici malzeme sağlar. Işığı açtıktan sonra, her şeyi kendi başına yapar” dedi Li.

Malzeme, ışık kapatıldığında orijinal şekline geri döner. Malzeme şekil değiştirebileceği ve hareket edebileceği için, en basit yapılar sonsuz olanaklarla yeniden yapılandırılabilir ve ayarlanabilir.

Michael M. Lurch, Aizenberg Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırma görevlisi ve makalenin ortak ilk yazarıdır.

“Işık açısı, ışık yoğunluğu, moleküler hizalama, mikro yapı geometrisi, sıcaklık ve ışınlanma aralıkları ve süresi gibi parametreleri ayarlayarak bu dinamik dansın koreografisini programlayabildiğimizi gösterdik” dedi Lerch.

Ekibin ayrıca, direklerin bir dizi olarak nasıl etkileşime girdiğini gösterdi.

“Bu direkler bir araya geldiğinde, her bir deforme olan direğin komşusuna gölge düşürmesi nedeniyle çok karmaşık bir şekilde etkileşirler, bu da şekil değiştirme sürecinde sürekli değişir” dedi Li. “Bu gölge aracılı self-maruziyetlerin nasıl değişip birbirleriyle dinamik olarak etkileşeceğini programlamak, dinamik bilgi şifreleme gibi uygulamalar için faydalı olabilir.”

“Yumuşak robotik, mikro yürüyücüler, sensörler ve güçlü bilgi şifreleme sistemleri için bireysel ve kolektif hareketlerin muazzam tasarım alanı potansiyel olarak dönüştürücüdür” dedi Aizenberg.

Araştırmaya, James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal ve Anna C. Balazs gibi ortak yazarlar da katıldı.