Yumuşak robotikte ‘origami’ devrimi: Şekil değiştiren akıllı grafen malzeme

Kanadalı mühendisler, yumuşak robotik ve uyarlanabilir cihazlar için çığır açan bir teknoloji geliştirdi. Hareket edebilen, katlanabilen ve kendi kendini algılayabilen 'grafen oksit' tabanlı yeni malzemeler, ağır motorlara ve pillere ihtiyaç duymadan çalışabiliyor.

Endüstriyel otomasyon ve tıp teknolojilerinde kullanılan robotik sistemler, ‘sert ve hantal’ yapılarından kurtularak daha esnek ve akıllı hale geliyor. Kanada’daki McGill Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, düz levhaların yürüyen, dönen ve takla atan yapılara dönüşmesini sağlayan ultra ince bir malzeme geliştirdi.

Biyolojik Kaynak Mühendisliği Bölümü'nden Hamid Akbarzadeh ve Madencilik ve Malzeme Mühendisliği Bölümü'nden Marta Cerruti liderliğinde yürütülen çalışma, grafen oksit filmlerin ‘mekanik origami’ gibi davranarak programlanabilir hareketler yapmasını sağlıyor.

AĞIR MOTORLARA VE KABLOLARA VEDA

Geliştirilen teknoloji, grafen oksit tabanlı aktüatörlerin (hareket ettiricilerin) kırılganlık ve üretim zorluğu gibi kronikleşmiş sorunlarını ortadan kaldırıyor. Ekibin ürettiği kağıt benzeri tabakalar, mekanik stabilitesini koruyarak çatlamadan katlanabiliyor.

Bu esneklik, malzemeyi ağır motorlar, piller veya karmaşık kablo donanımları olmadan çalışması gereken ‘yumuşak robotlar’ için ideal hale getiriyor. Araştırmacılar, bu yapıların çevresel tetikleyicilerle uzaktan kontrol edilebildiğini kanıtladı.

NEM VE MANYETİZMA İLE KONTROL

Çalışma kapsamında iki farklı kontrol mekanizması başarıyla test edildi:

• Neme Duyarlı Hareket: Origami benzeri yapılar, neme maruz kaldığında açılıyor, kuruduğunda ise kapanıyor. Bu tersine çevrilebilir hareket, malzemenin dış bir enerji kaynağına ihtiyaç duymadan, sadece çevresel koşullarla bir aktüatör gibi çalışmasını sağlıyor.
• Manyetik Kontrol: Yapıya entegre edilen küçük manyetik parçacıklar sayesinde, malzemeler manyetik alan kullanılarak uzaktan yönlendirilebiliyor. Bu özellik, fiziksel temasın mümkün olmadığı hassas ortamlar için kritik önem taşıyor.

HEM HAREKET EDİYOR HEM HİSSEDİYOR

Yeni teknolojinin en çarpıcı özelliği ise ‘kendi kendini algılama’ (self-sensing) yeteneği. Grafen oksit katmanları büküldüğünde veya katlandığında elektriksel iletkenlikleri değişiyor. Bu sayede malzeme, hareket ederken kendi durumunu algılayarak aynı zamanda bir sensör görevi görüyor. Bu özellik, harici sensör ihtiyacını ortadan kaldırarak cihazların boyutunu ve maliyetini düşürüyor.

Araştırmacı Hamid Akbarzadeh, "Bu gelişmeler, karmaşık hareket ve entegre algılama yeteneğine sahip 'meta-malzemelerin' ortaya çıkışını işaret ediyor" değerlendirmesinde bulundu.

MEDİKAL VE GİYİLEBİLİR TEKNOLOJİDE KULLANILACAK

Hareket, algılama ve yeniden yapılandırılabilirlik özelliklerinin birleşimi, bu malzemeleri yeni bir endüstriyel sınıfın yapı taşı haline getiriyor.

Potansiyel kullanım alanları arasında; vücut içinde zarar vermeden hareket edebilen mikro tıbbi cihazlar, cilde uyum sağlayan giyilebilir sağlık teknolojileri ve dar alanlarda görev yapacak arama-kurtarma robotları yer alıyor. Ayrıca çalışmanın, bu malzemelerin seri üretime uygun olduğunu kanıtlaması, teknolojinin ticarileşmesi önündeki en büyük engeli de kaldırıyor.