(Nanowerk Gündemi) Yumuşak robotik, canlı organizmalarda bulunan esnekliği, uyarlanabilirliği ve karmaşık hareketleri öykünmek eden makineler yaratmayı amaçlayan, hızla büyüyen bir alandır. Esnek, gerilebilir malzemelerden yapılmış yumuşak robotlar, geleneksel sert robotlar için zorlayıcı olan görevleri yerine getirebilir. Dar alanlardan geçebilir, karmaşık ortamlara uyum sağlayabilir ve insanlarla ve duyarlı nesnelerle güvenli bir halde etkileşim kurabilirler. Bu, onları afet bölgelerindeki arama kurtarma görevlerinden duyarlı cerrahi prosedürlere ve insan vücudunda hedeflenen ilaç dağıtımına kadar geniş bir uygulama yelpazesi için ideal hale getirir.
Bununla beraber, yumuşak robot teknolojisinin gelişimi büyük bir zorlukla sınırlandı: süratli deformasyon için yeterince yumuşak fakat hem de geri dönüştürülebilir bir polimer bulmak. İdeal yumuşaklık, Young modülü 0,1-10 MPa ve %200’ün üstünde gerilebilirliğe haiz bir polimer matrisi gerektirir. Bu, naturel kasların hareketlerine benzer şekilde bükülme ve bükülme şeklinde yumuşak hareketler sağlar. Ek olarak, robotların uzun ömürlülüğü ve işlevselliği için oldukca mühim olan kalıcı hasar olmadan tekrarlanan deformasyona izin verir. Bununla beraber, bir çok yumuşak polimer ya yeterince gerilebilir değildir ya da geri dönüştürülemez, bu da yumuşak robotların sürdürülebilirliğini ve uyarlanabilirliğini sınırlar.
İdeal yumuşaklık, Young modülü 0,1-10 MPa ve %200’ün üstünde gerilebilirliğe haiz bir polimer matrisi gerektirir. Bu, bükme ve döndürme şeklinde yumuşak hareketler sağlar. Ek olarak kalıcı hasar olmadan tekrarlanan deformasyona izin verir. Bununla beraber, bir çok yumuşak polimer ya yeterince gerilebilir değildir ya da geri dönüştürülemez.
Mesela, polidimetilsiloksan (PDMS) şeklinde silikon kauçuklar uygun yumuşaklığa haizdir sadece geri dönüştürülemezler. Hidrojel polimerler geri dönüştürülebilir sadece çoğu zaman yeterince esnek değildir. Yumuşaklık ve geri dönüştürülebilirlik arasındaki bu uyumsuzluk, sürdürülebilir yumuşak robot gelişimini engellemiştir. Ek olarak, günümüzde bir çok durağan(durgun) bir şekle ve işleve haiz olduğundan, robotların değişik görevler için ne kadar kolay tekrardan şekillendirilebileceğini de sınırlar.
gösterilen yeni bir çalışmada, Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler (“Manyetik Yumuşak Robotlar için Tamamen Geri Dönüştürülebilir, İyileştirilebilir, Yumuşak ve Gerilebilir Dinamik Polimerler”), Çinli bir araştırma ekibi bu zorlukların üstesinden gelen türünün ilk örneği bir dinamik polimer geliştirdi. Yeni malzemeleri yumuşaklığı, gerilebilirliği, tam geri dönüştürülebilirliği ve süratli oda sıcaklığında kendi kendini iyileştirmeyi tek bir manyetik yumuşak robotta birleştirir.
Anahtar yenilik, dinamik poliimin (PI) polimer matrisidir. Polimerler, monomer adında olan daha ufak, yeniden eden birimlerden oluşan büyük moleküllerdir. Bu durumda, araştırmacılar PI oluşturmak için metillenmiş diamin adında olan bir monomer kullandılar. Bu PI malzemesi, çeşitli geometrilere haiz yumuşak robotlar halinde lazerle kesilebilir. Manyetik parçacıklarla gömüldüklerinde robotlar, manyetik denetim altında saniyeler içinde bükme, bükme, yuvarlama ve katlama şeklinde karmaşık hareketleri kablosuz olarak gerçekleştirebilir.
Araştırmacılar, monomer olarak çapraz bağlanma yoğunluğunu azaltan metillenmiş diamin kullanarak dinamik PI matrisini hususi olarak tasarladılar. Çapraz bağlama, polimer zincirlerini kimyasal olarak birleştirme sürecini ifade eder ve bu çapraz bağların yoğunluğu, malzemenin özelliklerini etkileyebilir. Bu durumda, çapraz bağlanma yoğunluğunu azaltmak, malzemeyi daha yumuşak ve daha esnek hale getirdi. Araştırmacılar ek olarak, malzemenin esnekliğini daha da artıran moleküller arası hidrojen bağını da azalttı.
Gene de öteki yumuşak polimerlerin aksine, PI oda sıcaklığında tamamen monomerlere ayrılabilir. Bu, robotların bir görevi tamamladıktan sonrasında tamamen geri dönüştürülmesini ve yeni tasarımlara tekrardan işlenmesini sağlar. Geri dönüşüm süreci, bir çiçek robotunun bir kelebek robota ve arkasından bir kıskaç robotuna dönüştürülmesiyle gösterilmektedir. Geri dönüşüme karşın kıskaç, PI’nin ideal yumuşaklığının tamamen geri kazanılması yardımıyla manyetik uyaranlar altında hızla yuvarlanabilir ve bozulma olabilir.
Araştırmacılar ek olarak malzemenin kendi kendini iyileştirme kabiliyetlerini de gösterdiler. PI ağındaki dinamik bağlar, malzemenin yırtıkları ve yırtıkları oda sıcaklığında dakikalar içinde kendi kendine onarmasını sağlar. Bu iyileşme süreci kesiğe bis(3-aminopropil)metilamin, tris(2-aminoetil)amin ve etanolden oluşan karışık solüsyondan azca oranda ilave edilerek fizyolojik adezyon ile gerçekleştirilir. Bu iyileştirme işlemi, malzemenin mekanik özelliklerinin %90’ından fazlasını geri kazanarak, yumuşak robotların ömrünü etkili bir halde uzatır.
Çalışmanın lideri Dr. Guangda Zhu, “Geri dönüştürülebilir poliiminlerimiz, geleneksel yumuşak robotların durağan(durgun) geometrilerinin ötesinde tekrardan programlanabilir yumuşak robotlar üretecek kadar yumuşak ve gerilebilir” dedi.
Araştırmacılara gore, tamamen geri dönüştürülebilir, kendi kendini iyileştirebilen, yüksek manevra kabiliyetine haiz yumuşak robotların bu öncü gelişimi, sürdürülebilir ve uyarlanabilir yumuşak robotlar için yeni olanaklar sunuyor. Dinamik PI yeniliklerinin, yeni nesil akıllı yumuşak robotların yaratılmasına esin verebileceğine inanıyorlar. Bu robotlar, geri dönüştürülebilirlik ve kendi kendini iyileştirme kabiliyetleriyle, robot teknolojisinin çevresel tesirini azaltmak için mühim bir adımı temsil ediyor ve robotik teknolojisinde daha sürdürülebilir bir geleceğe katkıda bulunuyor.
İle
Michael
Berger
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafınca hazırlanan üç kitabın yazarıdır: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny ve Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Bir Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen konuk katılımcı grubumuza katılın. Bilimsel bir yazı yayınladınız mı yada nanoteknoloji topluluğuyla paylaşacağınız başka coşku verici gelişmeler mi var? nanowerk.com’da iyi mi yayınlayacağınız aşağıda açıklanmıştır.
Source: www.nanowerk.com