Sentetik Malzeme, Yumuşak Robotların Bitkiler Gibi Büyümesini Sağlıyor

Minnesota Üniversitesi’ndeki bir grup bilim insanı ve mühendis, sentetik malzeme büyümesini sağlayan bitkilerden esinlenen bir ekstrüzyon süreci geliştirdi. Bu, yumuşak robotların bitkiler gibi büyümesine olanak tanıyabilir. Bu yöntem yenilikçi ve yeni olup, ortaya çıkan robotlar dar alanlara, karmaşık arazilere ve hatta insan vücudunun içinde navigasyon yapabilir.

Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen araştırma, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlandı.

Hareket Ederek “Büyüyen” Robotlar

Chris Ellison, makalenin başlıca yazarlarından biri ve Minnesota Üniversitesi Twin Cities Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde profesör.

“Bu kavramlar ilk kez temel olarak gösterildi,” dedi Ellison. “Yeni üretim yolları geliştirmek, ülkemizin rekabet gücü ve insanlara yeni ürünler sunması için çok önemlidir. Robotik tarafında, robotlar giderek daha fazla tehlikeli, uzak ortamlarda kullanılıyor ve bu tür alanlarda bu çalışma etkili olabilir.”

Yumuşak robotlar, sert malzemeler yerine esnek ve yumuşak malzemelerden yapılan robotlardır ve bu yeni tür yumuşak büyüyen robotlar yeni malzeme üretebilir ve hareket ederken “büyüyebilir”. Çeşitli uygulamalara uygulanabilirler ve özellikle insanların erişemeyeceği uzak alanlarda ilerlemek için çok yararlılardır. Gerçek yaşam uygulamaları, muayeneler veya yeraltı tüpleri kurulumu ya da insan vücudunun içinde navigasyon içerebilir.

Şu anda erişebildiğimiz yumuşak büyüyen robotlar, arkalarında katı malzeme izleri bırakır ve malzemeyi daha kalıcı bir yapıya dönüştürmek için ısı ve/veya basınç kullanırlar. Araştırmacılar bunu, katı filamentten şekillenmiş bir ürün üreten bir 3D yazıcıya benzetirler. Buna rağmen, robotun dönmesi gerektiğinde yumuşak malzemeyi yönlendirmek zorlaşır, bu da robotların belirli engelleri aşmasını zorlaştırır.

Ekstrüzyon Yöntemlerinin Geliştirilmesi

Bu sorunu çözmek için ekip, yeni bir ekstrüzyon yöntemi geliştirdi. Yeni süreç, malzemenin belirli bir şekil oluşturmak için bir açıklıktan itilmesini içerir ve robota, katılar yerine sıvılardan sentetik malzeme oluşturabilme olanağı sağlar.

Matthew Hausladen, makalenin ilk yazarı ve Minnesota Üniversitesi Twin Cities Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde doktora öğrencisidir.

“Bitkilerin ve mantarların büyümesi bize ilham verdi,” dedi Hausladen. “Bitkilerin ve mantarların vücutlarının sonlarında, kök uçlarında veya yeni filizlerinde malzeme ekledikleri fikrini aldık ve bunu bir mühendislik sistemine çevirdik.”

Araştırmacılar, bitkilerin dışa doğru büyürken katı köklere dönüşen yapı taşlarını suyla taşıma sürecini taklit etmek istediler. Sentetik malzeme ile bunu başarmak için, fotopolimerizasyon olarak bilinen bir tekniğe güvendiler, bu teknik, sıvı monomerleri ışık kullanarak katı bir malzeme haline getirir. Yumuşak robot, bu teknolojiyi kullanarak, katı malzeme çekme ihtiyacını ortadan kaldırarak engelleri ve dönüşleri daha kolay bir şekilde aşabilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları

Ekip, yeni sürecin imalatta da uygulanabileceğini, özellikle malzemeleri oluşturmak ve şekillendirmek için kullanılan ısı, basınç ve makinelere artık gerek kalmayabileceğini söylüyor.

“Bu projenin çok önemli bir kısmı, malzeme bilimcileri, kimya mühendisleri ve robot mühendislerinin hepsinin dahil olmasıdır,” diye devam etti Ellison. “Farklı uzmanlıklarımızı bir araya getirerek, gerçekten bu projeye benzersiz bir şey getirdik ve kimsenin bunu tek başına yapamayacağına eminim. Bu, iş birliğinin bilim insanlarının gerçekten zor temel sorunları çözmelerine ve aynı zamanda teknolojik bir etkiye sahip olmalarına nasıl olanak tanıdığına güzel bir örnektir.”

Araştırmacı ekibinde ayrıca Minnesota Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nden Boran Zhao (doktor sonrası araştırmacı) ve Lorraine Francis (Bilimler ve Mühendislik Fakültesi Üstün Profesör); ve Minnesota Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nden Tim Kowalewski (doçent) ve Matthew Kubala (yüksek lisans öğrencisi) yer alıyor.