Araştırmacılar İstenen Formasyonlarda Hareket Eden Mikro Robot Kollektifleri Geliştirdiler

Çeşitli kurumlar dahil olmak üzere Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), Cornell Üniversitesi ve Shanghai Jiao Tong Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, istenilen formasyonlarda hareket edebilen mikro robot kolektifleri geliştirdi.

Araştırma, MPI-IS’ten Gaurav Gardi ve Prof. Metin Sitti, Cornell’den Steven Ceron ve Prof. Kirstin Peterson ve Shanghai Jiao Tong Üniversitesi’nden Prof. Wendong Wang tarafından yürütüldü.

“Mikro Robot Kollektifleri ile Yeniden Yapılandırılabilir Morfolojiler, Davranışlar ve Fonksiyonlar” adlı araştırma Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Küçük Parçacıkları Yeniden Yapılandırarak

Küçük parçacıklar, sürü davranışını çok hızlı bir şekilde yeniden yapılandırabiliyor. Su yüzeyinde yüzerken, mikro robotik diskler daireler çizebilir, dans edebilir, gaz gibi yayılabilir, bir araya toplanabilir veya düz bir çizgi oluşturabilir.

Her bir bireysel robot, insan saçının genişliğinden biraz daha büyük ve 3D yazıcı ile bir polimerden üretilerek sonra kobalt ile kaplanıyor. Metal, mikro robotlara mini manyetikler haline gelme yeteneği veriyor ve tel bobinler elektrik akımı geçtiğinde manyetik alan oluşturuyor. Bu manyetik alan, parçacıkların bir santimetre genişliğinde su havuzunda precisa bir şekilde hareket etmesini sağlıyor.

Bu durumun etkileyici bir örneği, robotların bir çizgi oluşturması ve araştırmacıların bu çizgiyi su üzerinde “yazmak” için hareket ettirmesidir.

Sürü robotiği gelişimi, doğadaki kolektif davranış ve sürü kalıplarından etkileniyor, Örneğin bir kuş sürüsü. Robotik sürü davranışının uygulanması son zamanlarda popülerlik kazandı.

Ancak, tek bir parçacık çok küçükse veya bir robot sadece 300 mikrometre genişliğindeyse, bir algoritma ile programlanamaz. Bunun için araştırmacılar üç farklı kuvvete güvenmek zorundalar. İlk kuvvet, manyetik kuvvettir ve iki manyetikin zıt kutuplarının çekilmesi veya aynı kutupların itilmesi ile oluşur.

İkinci kuvvet, sıvı ortam veya suyun etrafındaki disklerdir. Bu, parçacıkların suyun içinde yüzdüğü ve suyun yer değiştirdiği ve diğer parçacıkların değiştiği zaman görülür. Çalkalamanın hızı ve manyetik alanın büyüklüğü, parçacıkların nasıl etkileşimde bulunduğunu belirler.

Üçüncü kuvvet, iki parçacığın yan yana yüzdüğü ve genellikle birbirlerine doğru sürüklendikleri zaman ortaya çıkar. Su yüzeyi, parçacıkların bir araya gelmesini sağlayan bir şekilde bükülür.

Robotları Yönetmek

Araştırmacılar, bu üç kuvveti kullanarak dozens of mikro robotların kolektif ve koordine bir hareket modeli oluşturdu. Bilim adamları, robotları bir parkurda yönlendirebiliyor ve belirli bir engelin uygun formasyonunu gösterebiliyor. Örneğin, mikro robotlar dar bir geçitten geçmek için tek sıra halinde diziliyor.

Robotlar, dış hesaplama yoluyla çeşitli lokomasyon modları ve formasyonları gerçekleştirebiliyor. Bir algoritma, manyetik alan oluşturmak için programlanıyor ve bu da robotların istenilen hareketini tetikliyor.

Gaurav Gardi, MPI-IS’teki Fiziksel Zeka bölümünde doktora öğrencisidir ve çalışmanın baş yazarlarından biridir.

“Manyetik alanları değiştirdikçe, diskler farklı bir şekilde davranıyor” diyor Gaurav Gardi. “Bir kuvveti ayarlıyoruz, sonra bir diğerini, istediğimiz hareketi elde edene kadar. Manyetik alanın içindeki bobinleri çok hızlı döndürürsek, suyun hareketini sağlayan kuvvet çok güçlü olur ve diskler birbirlerinden uzaklaşır. Çok yavaş döndürürsek, parçacıkları çeken effect çok güçlü olur. Üç kuvvet arasındaki dengeyi bulmalıyız.”

Bu alanda çalışan araştırmacılar, bu tür mikro robot kolektiflerini daha da küçültmeye çalışıyorlar.

“Görüşümüz, sadece bir mikrometre büyüklüğünde parçacıklardan oluşan daha küçük bir sistem geliştirmektir” diyor Gardi. “Bu kolektifler, insan vücuduna girebilir ve kompleks ortamlarda ilaç teslimatı, tıkanıklıkları açma veya ulaşılması zor alanları uyarma gibi görevleri gerçekleştirebilir.”

Metin Sitti, Fiziksel Zeka Bölümünün başkanıdır.

“Robust geçişlere sahip robot kolektifleri çok nadirdir” diyor Metin Sitti. “Ancak bu tür esnek sistemler, kompleks ortamlarda çalışmak için avantajlıdır. Böyle güçlü ve isteğe bağlı yeniden yapılandırılabilir bir kolektif geliştirmeyi başardığımız için çok mutluyuz. Araştırma çerçevemizi, gelecekteki biyomedikal uygulamalar, minimal invaziv tedaviler veya çevre temizleme için bir model olarak görüyoruz.”