Mobil robotlara güç sağlamak uzun süredir mühendisliğin temel zorluklarından biri. Piller, ekstra ağırlık taşırken; güneş panelleri gibi enerji toplama yöntemleri tutarlı ve yüksek hızlı enerji çıkışı sunmakta yetersiz kalıyor.
Bu duruma yenilikçi bir çözüm getiren Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden bir ekip, insan dolaşım sisteminden ilham alarak robotik ve kimyasal üretimde devrim yaratabilecek gelişmiş bir sıvı enerji depolama ve dağıtım sistemi geliştirdi.
GAZ YERİNE SIVI
Ekip, geleneksel gaz bazlı elektrokimyasal sistemlerin ötesine geçerek enerjiyi daha verimli bir biçimde taşıyabilecek sıvı temelli bir mekanizma üzerinde çalıştı. Metal-hava pilleri ve yakıt hücreleri gibi sistemler, gazların sıvı elektrolit ve akım toplayıcılarla reaksiyona girmesine dayanıyor. Ancak bu yapı, sınırlı arayüz alanı, nem ve sıcaklık hassasiyeti gibi zorluklar barındırıyor.
Bu engelleri aşmak adına Doç. Dr. James Pikul liderliğinde çalışan araştırmacılar, gazı doğrudan elektrolite entegre eden ve hemoglobin gibi davranan bir sıvı sistem tasarladı. Geliştirilen sistem, silikon yağı damlacıkları içeren bir emülsiyon aracılığıyla gazı taşıyarak oksijen çözünürlüğünü altı kat artırmayı başardı.
YENİ SİSTEMİN ÖZELLİKLERİ
Bu yeni yöntem, yalnızca sıvı yüzeyinde değil, tüm hacim boyunca reaksiyon gerçekleşmesini sağlıyor ve böylece enerji iletimi hem daha hızlı hem de daha istikrarlı hale geliyor. Araştırma özetinde ekip, yüksek oksijen çözünürlüğüne sahip sulu bir hava katolit emülsiyonu (ACE) sunduklarını belirtti.
%20 oranında silikon yağı içeren bu karışım, potasyum hidroksit (KOH) gibi geleneksel elektrolitlere göre iki kat daha fazla çözünmüş oksijen depolayabiliyor ve birkaç ay boyunca kararlı kalabiliyor. Ayrıca, KOH’a kıyasla üstün oksijen indirgeme reaksiyonu kinetiği gösteriyor.
BİYOLOJİK İLHAMLI SENTEZ
Bu yenilik, daha önce balık benzeri yumuşak robotlar için geliştirilen, hem enerji depolayan hem de hidrolik aktüatör görevi gören sıvı tabanlı damar sistemlerinin bir devamı niteliğinde. Yeni çalışmada araştırmacılar, sentetik kan ve sıvı solunum sistemlerinden ilham alarak çevredeki oksijeni kullanabilen daha verimli bir sıvı üretmeyi hedefledi.
Daha önceki projelerde sıkça kullanılan florlu bileşikler yerine, silikon yağının suyla oluşturduğu emülsiyonun daha iyi stabilite sunduğu keşfedildi.
Deneysel çalışmalar, %20 silikon yağı oranının, oksijen taşıma kapasitesi ve iyon iletkenliği arasında en uygun dengeyi sunduğunu ortaya koydu. Aşırı yağ oranı iyon iletimini engellerken, fazla su ise oksijen depolama kapasitesini düşürüyordu.
ROBOTİK VE ÖTESİ
Geliştirilen emülsiyon, geleneksel elektrolitlerle kıyaslandığında daha hızlı elektrokimyasal reaksiyonlara imkân tanıdı. Bu durum, daha yüksek elektrik akımı iletimine ve daha verimli güç üretimine yol açtı.
Araştırmacılar, bu biyomimetik elektrolit sisteminin mobil robotlar için hafif ve verimli güç kaynakları geliştirme yolunda önemli bir adım olduğunu belirtiyor. Ayrıca, bu teknolojinin sadece robotikte değil, karbondioksitin yakıtlara veya kimyasal öncüllere dönüştürülmesi gibi sürdürülebilir kimya alanlarında da devrim niteliğinde sonuçlar doğurabileceği vurgulanıyor.
GELECEK ADIM: SIVI ANOT
Gelecekteki hedeflerinden biri olarak ekip, tamamen sıvı bazlı bir enerji sistemine ulaşmak için sıvı anot kullanımını araştırmayı planlıyor. Bu, enerji yoğunluğu yüksek ve çevre koşullarına uyarlanabilir robotik platformlar geliştirilmesine zemin hazırlayabilir.
