Güney Kore'den ışıkla şekil değiştiren akıllı metal

Giyilebilir cihazlar, akıllı yüzeyler ve yumuşak robotik sistemlerde ürünlerin hafifletilmesi ve karmaşık mekanik bileşenlerden arındırılması, üreticilerin başlıca Ar-Ge hedefleri arasında yer alıyor. Bu alandaki fiziksel kablo ve motor tabanlı aktüatör bağımlılığına alternatif olarak Güney Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları yeni bir malzeme geliştirdi. KAIST Makine Mühendisliği Bölümü’nden Prof. Il-Kwon Oh liderliğindeki ekip, düz bir nikel-titanyum şekil hafızalı alaşım levhayı tek bir UV lazer işlemiyle, ışığa tepki vererek üç boyutlu yapılara dönüşebilen fototermal bir metamorfoz yapısına dönüştürdü.

HARİCİ KAPLAMA İHTİYACI ORTADAN KALKTI

Geleneksel fototermal şekil hafızalı alaşımlar, yakın kızılötesi ışığı doğrudan ememediği için yüzeylerine grafen oksit veya titanyum nitrür gibi ışık emici kaplamaların uygulanmasını gerektiriyor. Ancak bu kaplamaların zamanla yüzeyden ayrılması, ısı kapasitesini artırarak tepki süresini yavaşlatması ve ek üretim maliyeti oluşturması endüstriyel ölçeklenmeyi zorlaştırıyor. KAIST ekibi, Japon kâğıt kesme sanatı kirigami ilkelerine dayanan hassas kesim hatlarını NiTi levhaya uygularken tek aşamalı UV lazer mikro işleme yönteminden yararlandı. Lazerle tetiklenen oksidasyon sonucunda metal yüzeyinde mikro ve nano gözenekli bir titanyum oksit katmanı oluşturuldu. Bu yapı sayesinde harici kaplamaya ihtiyaç duyulmadan yakın kızılötesi ışık emilimi artırıldı.

HAREKET MALZEMEYE KODLANDI

Geliştirilen üretim platformu, mekanik deformasyon kabiliyeti ile optik emilim özelliklerinin tek bir işlemle metal yapıya kodlanmasına imkân tanıyor. Kirigami yapısındaki menteşe ve yarık genişlikleri değiştirilerek, üç boyutlu yükselme miktarı ile oluşan mekanik kuvvet hassas biçimde kontrol edilebiliyor. Lazer oksidasyonunun derecesi bölgesel olarak ayarlanarak, aynı yoğunluktaki ışığa maruz kalan farklı noktaların farklı zamanlarda ve belirli bir sırayla yükselmesi sağlandı. Bu yöntemle hareketin sırası ve zamanlaması, herhangi bir elektronik devre kartı kullanılmadan doğrudan malzemenin optik özelliklerine fotonik mantık aracılığıyla entegre edildi.

DOKUNSAL EKRAN PROTOTİPİ GELİŞTİRİLDİ

Araştırma ekibi, teknolojinin uygulanabilirliğini göstermek amacıyla akıllı metal yapıyı çok kanallı yakın kızılötesi LED dizisiyle birleştirerek dokunsal bir şekil ekranı oluşturdu. Işığa bağımsız biçimde tepki veren birimler aracılığıyla ‘K-A-I-S-T’ harfleri ekran üzerinde oluşturuldu. Ayrıca yön gösteren dokunsal navigasyon sinyalleri yüzeye aktarıldı. Prof. Il-Kwon Oh, “Bu çalışmada geliştirdiğimiz lazer programlama teknolojisi, ayrı bir kaplama işlemine gerek kalmadan hem mekanik deformasyonu hem de optik özellikleri tek bir metalik yapıya kodlayan, seri üretime son derece uygun bir platformdur. Uyarlanabilir yüzeyler, etkileşimli dokunsal geri bildirim sistemleri ve fototermal yumuşak robotlar başta olmak üzere, ışıkla kontrol edilen yeni nesil akıllı arayüzlerde geniş bir uygulama alanı bulacaktır” dedi. Teknolojinin savunma sanayii, medikal protezler, tüketici elektroniği, giyilebilir cihazlar ve otonom yumuşak robotlarda kullanılması hedefleniyor.