Araştırmacılar Kendi Kendini İyileştiren Yumuşak Robot Aktüatörleri Geliştiriyor

Penn State Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, yumuşak robotik aktüatörlerin tekrarlanan aktivite nedeniyle aşınmasına bir çözüm geliştirdi: kalamar halkası dişlerine dayalı kendi kendini iyileştiren, biyosentetik bir polimer. Malzeme, aktüatörler için faydalıdır, ancak koruyucu giysiler gibi küçük deliklerin sorun yaratabileceği her yere de uygulanabilir.

Rapora göre Doğa Malzemeleri, "Mevcut kendi kendini iyileştiren malzemelerin, düşük iyileştirme gücü ve uzun iyileştirme süreleri (saatler) gibi pratik uygulamalarını sınırlayan eksiklikleri var." 

Doğadaki kendi kendini iyileştiren canlılardan ilham alan araştırmacılar, yüksek dayanımlı sentetik proteinler yarattılar. Küçük ve görünür hasarları kendi kendilerine iyileştirebilirler.

Melik Demirel, mühendislik bilimi ve mekaniği profesörü ve Biyomimetik Malzemeler alanında Lloyd ve Dorothy Foehr Huch Kürsüsü'nün sahibidir.

"Amacımız, sentetik biyoloji kullanarak fiziksel özellikleri üzerinde benzeri görülmemiş bir kontrole sahip, kendi kendini iyileştiren programlanabilir malzemeler yaratmaktır" dedi. 

Robotik Kollar ve Protezler

Robotik kollar ve protez bacaklar gibi bazı robotik makineler, sürekli hareket eden eklemlere dayanır. Bu, yumuşak bir malzeme gerektirir ve aynı şey vantilatörler ve çeşitli kişisel koruyucu ekipman türleri için de geçerlidir. Bu malzemeler ve sürekli tekrarlayan harekete maruz kalanlar, sonunda kırılma riski taşıyan küçük yırtıklar ve çatlaklar oluşturur. Kendi kendini iyileştiren malzemenin kullanılmasıyla, bu küçük yırtıklar herhangi bir ciddi hasar oluşmadan hızla onarılabilir. 

DNA Tandem Tekrarları

Araştırma ekibi, gen duplikasyonu ile üretilen amino asitlerden oluşan bir dizi DNA tandem tekrarı kullanarak kendi kendini iyileştiren polimeri yarattı. Ardışık tekrarlar genellikle kendilerini sınırsız sayıda tekrar edebilen kısa bir molekül serisidir. 

Abdon Pena-Francelsch, makalenin baş yazarı ve Demirel'in laboratuvarında eski bir doktora öğrencisi.

Abdon Pena-Francelsch, "Tipik bir 24 saatlik iyileşme süresini bir saniyeye indirebildik, böylece protein bazlı yumuşak robotlarımız artık kendilerini hemen onarabiliyor" dedi. "Doğada kendi kendini iyileştirme uzun zaman alır. Bu anlamda, teknolojimiz doğayı zekasıyla geride bırakıyor.”

Demirel'e göre kendi kendini iyileştiren polimer su, ısı ve hatta ışık uygulamasıyla kendi kendini iyileştirebiliyor. 

Demirel, "Bu polimeri ikiye bölerseniz iyileştiğinde gücünün yüzde 100'ünü geri kazanıyor" dedi.

Metin Sitti, Stuttgart, Almanya'daki Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü'nde Fiziksel Zeka Departmanı direktörüdür.

Sitti, "Kendi kendini onaran, fiziksel olarak akıllı yumuşak malzemeler, yakın gelecekte sağlam ve hataya dayanıklı yumuşak robotlar ve aktüatörler oluşturmak için çok önemlidir" dedi.

Ekip, ardışık tekrarların sayısını ayarlayarak hızla iyileşen yumuşak polimeri yaratmayı başardı. Orijinal gücünü koruyabiliyor ve aynı zamanda polimeri aynı polimere %100 biyolojik olarak parçalanabilir ve %100 geri dönüştürülebilir hale getirebildiler. 

Petrol Bazlı Polimerler

Demirel, “Petrol bazlı polimerlerin kullanımını birçok nedenden dolayı en aza indirmek istiyoruz” dedi. Er ya da geç petrol tükenecek ve bu aynı zamanda çevreyi kirletiyor ve küresel ısınmaya neden oluyor. Gerçekten ucuz olan plastiklerle rekabet edemeyiz. Rekabet etmenin tek yolu, petrol bazlı polimerlerin sağlayamayacağı bir şeyi tedarik etmektir ve kendi kendini iyileştirme, gereken performansı sağlar.”

Demirel'e göre, petrol bazlı polimerlerin birçoğu geri dönüştürülebilir, ancak bunun farklı bir şeye dönüşmesi gerekiyor. 

Biyomimetik polimerler biyolojik olarak parçalanabilir ve sirke gibi asitler, daha sonra orijinal kendi kendini iyileştiren polimere dönüştürülebilecek bir toza geri dönüştürebilir. 

Stephanie McElhinny, Ordu Araştırma Ofisi'nde biyokimya program yöneticisidir. 

McElhinny, "Bu araştırma, sentetik biyoloji yaklaşımlarını kullanarak doğada var olan proteinlerin ötesine geçerek erişilebilir hale gelen malzeme özelliklerinin manzarasını aydınlatıyor" dedi. "Bu sentetik proteinlerin hızlı ve yüksek mukavemetli kendi kendini iyileştirmesi, bu yaklaşımın, kişisel koruyucu ekipman veya sınırlı alanlarda manevra yapabilen esnek robotlar gibi gelecekteki Ordu uygulamaları için yeni malzemeler sağlama potansiyelini gösteriyor."