Yapay kas ve robotikte yeni dönem: 3D baskılı yumuşak aktüatör

Güney Kore merkezli Pusan Ulusal Üniversitesi ile ABD’li Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları, 3D baskıya uygun özel bir sıvı kristal elastomer malzemesi geliştirdi. Bilim insanları yalnızca baskı hızı ve sıcaklığını değiştirerek moleküler hizalanmayı birbirine dik iki yönde kontrol etmeyi başardı. Böylece aynı mürekkep kullanılarak ısıtıldığında hem uzayabilen hem de büzülebilen yapılar üretildi. Farklı hareket işlevleri için birden fazla hammadde kullanma ihtiyacını azaltan yöntem, yumuşak robotik aktüatörlerden giyilebilir sağlık cihazlarına ve şekil değiştiren endüstriyel yüzeylere kadar farklı uygulamalar için daha sade bir üretim yaklaşımı sunuyor.

MOLEKÜLER KONTROL

Dr. Suk-kyun Ahn liderliğinde yürütülen çalışmada, smektik sıvı kristal elastomer mürekkebinin akış ve moleküler dinamik özellikleri yeniden düzenlendi. Geleneksel ekstrüzyon tabanlı 3D baskı yöntemlerinden farklı olarak bu teknik, filaman içindeki moleküllerin yönelimini doğrudan üretim sırasında değiştirebiliyor. Böylece malzemenin ısıya verdiği mekanik tepki önceden programlanabilir hale geliyor. Reolojik ölçümler ve X-ışını saçılımı analizleriyle doğrulanan yapı, tekrarlanan ısınma ve soğuma döngülerinde de kararlı performansını koruyor.

TEK MALZEME

Yeni yöntemin temel avantajı, farklı hareket biçimlerinin aynı malzeme içinde oluşturulabilmesi. Baskı parametreleri değiştirilerek malzemenin belirli bölümlerinin ısı karşısında uzaması, diğer bölümlerinin ise büzülmesi sağlanabiliyor. Bu özellik, karmaşık hareketler için farklı malzemelerin bir araya getirilmesi veya üretim sonrasında ek montaj yapılması gereksinimini azaltıyor. Çok işlevli yapıların tek baskı sürecinde üretilebilmesi, tasarım ve üretim aşamalarını da basitleştiriyor.

TİCARİ ALANLAR

Teknolojinin hedeflenen kullanım alanları arasında dokunsal ekranlarda yeniden yapılandırılabilir dinamik yüzeyler, aerodinamik sürtünmeyi düzenleyebilen akıllı dokular ve yeni nesil yapay kas sistemleri bulunuyor. Yumuşak robotik uygulamalar ile giyilebilir sağlık cihazları da yöntemin değerlendirilebileceği alanlar arasında yer alıyor. İmalat sürecindeki montaj adımlarının azaltılması ve aynı baskıda birden fazla işlevin oluşturulabilmesi, üretimde maliyet ve tasarım esnekliği açısından yeni imkanlar sağlıyor.

4D BASKI

Yaklaşım, nesnelerin üretildikten sonra sıcaklık gibi çevresel koşullara bağlı olarak şekil ve işlev değiştirebildiği 4D baskı teknolojileri açısından da önem taşıyor. Önümüzdeki beş ila on yıllık dönemde ticarileşme hacminin artması beklenen bu alanda, sabit biçimli ürünlerin yerine çevresel uyaranlara aktif yanıt verebilen dinamik yapıların geliştirilmesi hedefleniyor. Tek malzemeden farklı hareketlerin programlanabilmesi de bu üretim modelinin temel unsurlarından birini oluşturuyor.