Esnek ve biyouyumlu malzemelerden yapılan yumuşak robotlar, sağlık hizmetlerinden üretime kadar pek çok sektörde yüksek talep görüyor ancak bu robotları belirli amaçlar için hassas şekilde tasarlamak ve kontrol etmek uzun süredir devam eden bir zorluk. Peki ya şekil değiştirme kabiliyetleri önceden programlanmış bir yumuşak robotu 3 boyutlu olarak basabilseydiniz?
Harvard’daki 3 boyutlu baskı uzmanları bunun mümkün olduğunu gösterdi. Advanced Materials dergisinde yayımlanan bir çalışma, içinde hassas biçimde yerleştirilmiş içi boş kanallar bulunan uzun filamentler içeren robotik cihazların basılmasını sağlayan yeni bir üretim yöntemini tanımlıyor. Bu kanallar hava ile doldurulduğunda, cihazın önceden belirlenmiş şekillerde bükülmesine ve deforme olmasına olanak tanıyor.
Çalışma, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) bünyesinde, Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering unvanına sahip Jennifer Lewis’in laboratuvarında, lisansüstü öğrenci Jackson Wilt ve eski doktora sonrası araştırmacı Natalie Larson liderliğinde yürütüldü. Yöntem, Harvard’da geliştirilen çeşitli 3 boyutlu baskı tekniklerini birleştiriyor ve yumuşak robot yapımında tipik olarak kullanılan geleneksel döküm ve kalıp yöntemlerini devre dışı bırakıyor.
Wilt, “Şişirildiğinde robotun hangi yönde büküleceğini programlamak için döndürülebilen tek bir çıkıştan iki malzeme kullanıyoruz. Hedeflerimiz, çeşitli uygulamalar için yumuşak, biyolojik esinli robotlar oluşturmakla uyumlu.” dedi.
Rotasyonel Çok Malzemeli 3 Boyutlu Baskı
Yeni yaklaşım, Lewis laboratuvarının geliştirdiği ve tek bir nozülün aynı anda birden fazla malzeme basmasına olanak tanıyan rotasyonel çok malzemeli 3 boyutlu baskı yeniliğine dayanıyor. Makine döndükçe ve yeniden konumlandıkça, mürekkebi özelleştirilebilir desenler halinde ekstrüde ediyor. Laboratuvar, bu baskı türünü yapay kas görevi gören yumuşak, helisel yapılar ve başka nesneler üretmek için kullandı.
Araştırmacılar bu genel yaklaşımı kullanarak, dış kabuğu poliüretandan oluşan ve iç kanalı saç jellerinde yaygın olarak bulunan poloksamer adlı bir polimerden yapılan filamentler üretti. Filamentler hem çizgiler halinde hem de düz ve kabartmalı desenlerde düzenlenebiliyor. Yazıcı nozülünün tasarımı, dönüş hızı ve malzeme akış oranı üzerinde hassas kontrol sağlayarak araştırmacılar her bir iç kanalın yönünü, şeklini ve boyutunu programladı.
Dış kabuk katılaştıktan sonra, araştırmacılar saç jeline benzer iç kanalı yıkayarak uzaklaştırdı. Sonuçta, basınçlandırıldığında farklı yönlerde bükülebilen ve genişleyen, daralan ve kavrayan yumuşak cihazların temelini oluşturan içi boş kanallara sahip tüp şeklinde yapılar elde edildi.
Basit Üretim, Karmaşık Cihazlar
Araştırma, karmaşık cihazların basit üretimine yönelik yeni olanaklar sunuyor. Yumuşak robotların geleneksel üretim yöntemleri genellikle yumuşak bir malzemenin kalıba dökülmesini, yüzeye pnömatik kanalların desenlenmesini ve kanalların başka bir katmanla kapatılmasını içeriyor. Wilt konuyla ilgili “Bu çalışmada bir kalıp kullanmıyoruz. Yapıları basıyoruz, onları hızlıca programlıyoruz ve hareketi hızla özelleştirebiliyoruz.” dedi.
Araştırmacılar yeni tekniklerini, tek ve kesintisiz, labirent benzeri bir yol izleyerek spiral bir çiçek deseni basarak gösterdi. Ayrıca bükülebilen “eklemlere” sahip beş parmaklı bir tutma aparatı da bastılar.
Wilt’e göre sonuçlar, bu tür hızlı üretimin cerrahi robotikten insanlar için yardımcı cihazlara kadar uzanan uygulamalar için potansiyelini ortaya koyuyor.
Kaynak: https://seas.harvard.edu/news/3d-printing-soft-robots
