Koreli araştırmacılar, ahtapotların çok işlevli yeteneklerinden esinlenerek OCTOID adını verdikleri gelişmiş bir yumuşak robot geliştirdi. Kolesterik sıvı kristal elastomerlerden (CLCE’ler) yararlanan bu robot, dinamik renk değiştiren kamuflajı programlanabilir ve geri dönüşümlü şekil değiştirmeyle aynı platformda birleştiriyor. Ekip, ayarlanabilir optik aktif katman ve mekanik olarak farklı pasif katman olmak üzere iki tamamlayıcı yapı tasarlayarak yönlü hareketten güvenli nesne kavramaya kadar çok sayıda işlevi yerine getirebilen modüler aktüatörler oluşturdu.
Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü araştırmacılarına göre, optik ve mekanik işlevlerin kusursuz entegrasyonu, uyarlanabilir yumuşak malzemelerin karmaşık otonom davranışlara olanak tanıdığını gösteriyor. Bu da gelişmiş optomekanik makine tasarımları için yeni bir biyomimetik çağın kapısını aralıyor.
YENİ NESİL MALZEME YAKLAŞIMI
Geçtiğimiz yıl, yine Güney Koreli bir ekip ahtapotların adaptasyon kabiliyetinden esinlenerek, gerçek zamanlı çok işlevli şekil ve mekanik özellik ayarlaması yapabilen bir metamalzeme geliştirmişti. Doğa, organizmaların esneklik, verimlilik ve çok işlevliliği bir araya getirmesiyle yumuşak robotiklere ilham veriyor. Bu yapılar, karmaşık ve uyarlanabilir hareketleri yönlendiren farklı mekanik bölgelere sahip. Ancak bugüne kadar geliştirilen dielektrik elastomerler, hidrojeller ve elektroaktif polimerler gibi malzemeler, kamuflaj, hareket ve kavramayı aynı anda sağlayan koordineli optik-mekanik entegrasyondan yoksundu. Bu sınırlamaları aşmak isteyen ekip, kolesterik sıvı kristal elastomerler (CLCE) kullanarak hem renk hem de şekil değiştirebilen bir sistem kurdu.
RENK VE ŞEKİL BİRLİKTE DEĞİŞİYOR
OCTOID’in çift katmanlı yapısı, aktif (şekil ve renk değiştiren) ve pasif (şeffaf ve dayanıklı) olmak üzere iki bölümden oluşuyor. Araştırmacılar, reaktif mezojenler, çapraz bağlayıcılar ve zincir uzatıcıların kendiliğinden birleşmesiyle hem aktif (AL) hem de pasif (PL) katmanlar üretti. Aktif katmanlar görünür yapısal renkler sergilerken daha yumuşak bir yapıdayken, pasif katmanlar daha sert ve şeffaf formda tasarlandı. Bu iki yapı UV kürleme yöntemiyle birleştirildi ve 100 tahrik döngüsü boyunca yüksek stabilite sağladı.
Bacaklardaki kamuflaj sistemi için Joule ısıtmasıyla çalışan nikrom teller kullanıldı. Elektrik akımı uygulandığında bacaklar 40 saniyeden kısa sürede maviden kırmızıya dönüştü ve aynı zamanda kasılarak hareket etti. Robot, 4 W güçle yüzde 29,8 oranında kasılma sağladı ve tekrarlanan denemelerde performansını korudu.
HAREKET VE KAVRAMA YETENEĞİ
Araştırma ekibi, OCTOID’in asenkron ısıl genleşme prensibine dayalı olarak bacaklarını bükebildiğini belirtiyor. 8:1’lik AL:PL kalınlık oranı, optimum bükülmeyi ve yönlü hareketi sağladı. Testlerde robot, 4 W güç altında saniyede 0,45 mm hızla 20 mm ilerleyebildi. Kavrayıcı bacaklar, AL kasılmasını PL bükülmesiyle birleştirerek 6 gram ağırlığındaki nesneleri kavrayıp kaldırabiliyor – bu, bacak ağırlığının 30 katına eşdeğer bir güç. Ayrıca 100 döngü sonunda bile yüzde 90 verimlilik korunabiliyor.
Robot, farklı şekil ve materyallere sahip nesneleri manipüle ederken kamuflajını dinamik olarak değiştirebiliyor ve karmaşık ortamlara uyum sağlayabiliyor. Bu da OCTOID’i hareket, kavrama ve optik kontrolü aynı sistemde birleştiren ilk robotik platformlardan biri haline getiriyor.
GELECEKTEKİ ZORLUKLAR VE HEDEFLER
Araştırmacılar, CLCE’lerin yavaş termal tepkisi ve potansiyel yorgunluğunun yanı sıra, sistemdeki nikrom tellerin ağırlığının esnekliği sınırladığını belirtiyor. Bu sorunlara yönelik çözüm önerileri arasında daha hızlı ısıtma-soğutma yöntemleri, uzun ömürlü malzemeler ve polimer veya nanokarbon tabanlı hafif iletkenlerin kullanımı yer alıyor.
Ekip, termal iletim ve mekanik dayanıklılığın artırılmasıyla sistemin daha az enerji tüketeceğini, aynı zamanda çalışma hızının ve güvenilirliğinin de artacağını öngörüyor. Bu tür gelişmeler, OCTOID’in çok yönlülüğünü artırarak kendi kendine öğrenebilen ve ortama uyum sağlayabilen otonom yumuşak robotların önünü açabilir.
