Malzeme biliminde ‘akıllı yapılar’ üzerine yapılan çalışmalarda önemli bir adım atıldı. Duke Üniversitesi makine mühendisleri, mekanik özellikleri talep üzerine programlanabilen ve yeniden programlanabilen katı yapı blokları geliştirdiklerini duyurdu.
Geliştirilen bu yeni teknoloji, yapının genel şeklini değiştirmeden sertlik, sönümleme ve hareket kabiliyetinin kontrol edilmesine olanak tanıyor. Araştırmacılar, bu inovasyonun temelinde Lego benzeri modüler bir tasarım ve sıvı-katı faz değişimi prensibinin yattığını belirtiyor.
İÇ HÜCRELERDE SIVI-KATI GEÇİŞİ
Kavram kanıtlama (proof-of-concept) aşamasındaki çalışma, her biri 27 iç hücreden oluşan küpler kullanılarak gerçekleştirildi. Bu hücrelerin her biri, oda sıcaklığında katı ve sıvı haller arasında geçiş yapabilen bir galyum-demir kompoziti içeriyor.
Mühendisler, elektrik akımı yoluyla bölgesel ısı uygulayarak belirli hücreleri hassas desenler halinde sıvılaştırabiliyor. Bu işlem, dışarıdan bakıldığında sert görünen bir yapıya, farklı mekanik davranışların ‘kodlanmasını’ sağlıyor.
Erken aşama gösterimlerde ekip, birden fazla küpü bir araya getirerek kirişler ve sütunlar oluşturdu. Bu yapıların bükülme ve titreşim davranışlarının, sadece hangi iç hücrelerin sıvılaştırıldığına bağlı olarak değiştiği gözlemlendi. Böylece aynı yapı, yeniden inşa edilmeye veya şekillendirilmeye gerek kalmadan yumuşak bir kauçuk veya sert bir plastik gibi davranabildi.
ROBOT BALIK ÜZERİNDE TEST EDİLDİ
Teknolojinin en çarpıcı demosu su altında gerçekleştirildi. Araştırmacılar, bir robot balık için programlanabilir kuyruk işlevi görecek şekilde 10 küpü düz bir sütun halinde birleştirdi.
Aynı motor girdisi kullanılmasına rağmen, blokların içindeki farklı sıvı-katı konfigürasyonları, balığın keskin bir şekilde farklı rotalarda yüzmesini sağladı. Bu deney, hareketin sadece motor gücüyle değil, malzeme programlamasıyla da nasıl değiştirilebileceğini kanıtladı.
‘CANLI MALZEMELER’ HEDEFİ
Çalışmanın başyazarı ve Duke Üniversitesi doktora öğrencisi Yun Bai, hedeflerini ‘canlı malzemeler üretmek’ olarak tanımladı. Bai, "3D yazıcılar belirli mekanik özelliklere sahip malzemeler üretebilir, ancak bunları değiştirmek için baskıyı tekrarlamanız gerekir. Biz, insan kasları gibi sertliğini gerçek zamanlı olarak değiştirebilen bir şey yaratmak istedik" ifadelerini kullandı.
Bu sistem, şekil değiştiren malzemelerden farklı olarak, geometrisini değiştirmeden mekanik tepkisini değiştirebiliyor. İki boyutlu testlerde, ince levhaların aynı form faktörünü korurken sertlik ve sönümleme ayarlarının hassas bir şekilde yapılabildiği görüldü.
TIBBİ CİHAZLARDAN ELEKTRONİĞE GENİŞ KULLANIM ALANI
Her bir küpün Lego tuğlaları gibi takılıp çıkarılabilir olması, mühendislerin son derece özelleştirilmiş mekanik davranışlara sahip daha büyük sistemler kurmasına olanak tanıyor. Yapı test edildikten sonra sıfır santigrat derecede dondurulması, tüm hücreleri katı hale sıfırlayarak yeniden programlamaya imkan tanıyor.
Duke Üniversitesi Makine Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Yardımcı Doçenti Xiaoyue Ni, teknolojinin robotik dışındaki potansiyeline dikkat çekti: "Hedefimiz, bu kompozit malzemeleri kullanarak daha büyük sistemler inşa etmek. Robotik için esnek, programlanabilir malzemeler üreterek, çok çeşitli ortamlarda çok çeşitli görevleri yerine getirmelerini sağlamak istiyoruz."
Ekip, metal bileşimini ayarlayarak donma ve erime noktalarının insan vücudu gibi ortamlar için optimize edilebileceğini belirtiyor. Gelecekte minyatürleştirilmiş versiyonların kan damarlarında gezinmesi, sağlık durumunu izlemesi veya değişen koşullara yanıt veren adaptif stentlere dönüşmesi öngörülüyor.
