3D Baskı, Biyomimetikler sayesinde Robotik Güvenliğini Artırabilir

Bu ay Advanced Intelligent Systems dergisinde yayınlanan bir çalışma, kaslarınızın çalışmasına benzer hareketi oluşturmak için biyomimetikleri kullanan yeni bir robotik aktüatör türünü tanıtıyor. Bu yumuşak aktüatörler, mühendislerin bükülme veya şekil değiştirme gibi benzersiz görevleri yerine getirebilen esnek cihazlar üretmesini sağlıyor. İşte bilmeniz gerekenler.

Yumuşak Robotik

Yumuşak ya da ‘uyumsuz’ robotlar, sınırsız potansiyele sahip büyüyen bir alandır. Bu cihazlar, sıkı girintilere, köşelere ve katı bir cihazın başarısız olacağı diğer senaryolara sığacak şekilde kayabilir ve katlanabilir. Bu nedenle, yumuşak robotik pazarı yükselişte ve analistler 2029’a kadar %55,4 CAGR öngörmektedir.

Geleneksel Aktüatörlerle İlgili Sorunlar

Bölümün büyümesini sınırlayan faktörlerden biri, mevcut aktüatör seçimidir. Her aktüatör, birim için başka bir hareket vektörü sağlar. Ancak bu cihazlar, uyumsuz robotik yapılar içinde sert noktalar oluşturur. Bu sert noktalar gerçek hareket özgürlüğünü engeller.

Ayrıca, her hareket aralığı için ayrı bir aktüatör gerekir. Bu da cihazların ağırlığını ve maliyetini artırabilir. Daha ağır robotlar daha fazla enerji tüketir, bu da onları daha az kullanışlı, verimli ve üretken kılar.

Biyomimetikler Kullanılarak Daha İyi Bir Aktüatör Oluşturulması

The çalışma, insan kaslarına daha çok benzeyen, aynı anda uzayan ve kısalan yeni bir yumuşak aktüatör türünü inceliyor. Bu kombinasyon daha fazla kuvvet üretir ve vücudunuzun bu kuvveti daha verimli bir şekilde aktarabilmesini sağlar. Şimdiye kadar, robotik mühendisler çoğunlukla genişleyip daralan aktüatörlere odaklanmış, süreçteki sertliklerine çok az önem vermişlerdi.

Kaynak – Advanced Intelligent Systems

Araştırmacılar

Northwestern ve McCormick Mühendislik Okulu’ndan araştırmacılar, yeni bir biyomimetik aktüatör tipinin olasılıklarını keşfetmek için bir araya geldi. Çalışma, Taekyoung Kim tarafından yönetildi. Pranav Karthik, Ryan Truby ve McCormick Mühendislik Okulu’ndan Malzeme Bilimi ve Mühendisliği ile Makine Mühendisliği Junior Profesörü Donald Brewer’dan yardım aldı. Bu yenilikçi ekip, yeni bir üretim süreci ve çalışan prototipler oluşturdu ve yeni biyomimetik aktüatörleri üzerine derinlemesine araştırma yaptı.

Yeni Bir Aktüatör Stili

Ekibin ilk adımı, birimlerinin gövdesini 3D yazdırmaktı. Araştırmacılar, bükülebilen ve dönebilen ancak gerektiğinde basınca dayanabilen bir yapı bulmak zorundaydılar. Özellikle tasarım, artan torklarda torsiyonel çökme yoluyla otomatik olarak bükülen balonlara sahiptir. Bu manevra, torku verimli bir şekilde aktarabilen helisel bir şekil oluşturur.

İş İçin Daha İyi Malzeme

Erken aşamalarda, normal 3D yazıcı aktüatör malzemelerinin görevi tamamlamak için yeterince esnek olmayacağını fark ettiler. Uzun tartışmaların ardından, cihazları için termoplastik poliüretan kullanılmasına karar verildi. Bu malzeme, günlük hayatta kullandığınız birçok şeyde bulunur. Telefon kılıfınız ve diğer eşyalarınızın koruma sağlamak için kullandığı o kauçuk benzeri malzemedir. Özellikle, bu malzeme esnek ve gerektiğinde torsiyonel torku taşıyabilir.

Tek Motor

Araştırmacıların geleneksel aktüatörlerde yaptığı en büyük değişikliklerden biri, birden fazla motora duyulan ihtiyacı ortadan kaldırmaktı. Cihazları, tek bir motoru döndürerek cihazın uzamasını ve kısalmasını sağlayarak çok çeşitli şekiller oluşturabilir ve birden fazla yönde hareket edebilir.

Eşsiz Hareketler

Tek motorlu tasarım, bu robotlara maksimum esneklik sağlar. Çevresine ve hedeflerine uyum sağlamak için genişleyebilir ve dönebilir. Ayrıca, tek motorlu tasarım maliyetleri düşürür ve gelecekteki cihazların tasarımını basitleştirebilir.

Robot Sürüngen

Ekibin oluşturduğu ilk cihaz, 26 santimetre uzunluğunda bir robot sürüngendi. Bu birim, servo tarafından uygulanan torka bağlı olarak uzayabilir ve bükülebilir. Robot, 32 santimetre/dakika hızla karmaşık ortamlarda gezinmesini sağlayan çekme hareketi oluşturarak solucan gibi hareket edebilir.

Takım, sürüngenini halka açık bir videoda test etti. Birim, robotun sıkı dönüşler yaparak serbest kalması gereken karmaşık bir borudan geçerken görülebilir. Cihaz, sıkı kıvrımlı yolları başarıyla aşabildi.

Sürüngen testinin sonuçları olumlu çıktı. Robot, %45 uzama sağlayarak gerektiğinde uzun ve ince hale gelebiliyor. Ayrıca, ekip birimin yaklaşık 8 N maksimum bloke itme kuvvetine sahip olduğunu kaydetti.

Yapay Biseps

Ekibin gösterdiği bir sonraki prototip, robotik bir biseptir. Bu cihaz, 6 eksenli bir yük hücresi, lineer kılavuz ve tek bir servo entegre ederek insan bisepsine benzer tork ve hareket üretir.

Cihaz, yumuşak şaftla aynı kauçuk malzemeden yapılmıştır. Bu tasarım, doğrusal olmayan, viskoelastik tepkiler sağlar. Bu eylemler, cihazın bir insan kolu gibi nesneleri kıvırmasını sağlayan bir histerez kuvvet‑yer değiştirme tepkisi oluşturur.

Mühendisler, robotik bisepsin yeteneklerini test etti. Birim, 500 g ağırlığını 5.000 kez başarısız olmadan kaldırdı. Bu sonuçlar, yeni robot hareket yaklaşımının tekrarlanabilirliğini ve etkinliğini gösteriyor.

Test

Test aşaması, araştırmacıların gelecekteki tasarımlarını bu verilerle geliştirmeleri için değerli geri bildirim sağladı. Mühendisler, aktüatör torku, itme ve çekme basıncı, çekme dayanımı ve maksimum yetenekleri belirlemeye yardımcı olabilecek diğer kritik stres testleri gibi hayati bilgileri yakalamaya odaklandı.

Faydalar

Araştırmacıların çalışması, piyasada yankı uyandırabilir. Yumuşak robotik alanı genişlemeye devam ediyor ve bu cihazlar üretime girdiğinde faydaları daha belirgin hale geliyor. İşte bu araştırmanın yumuşak robotik pazarını ileriye taşıyabilecek birkaç yolu.

Robotları Daha Güvenli Hale Getirmek

Yumuşak robotlar yaratma çabasının temel nedenlerinden biri, onların etrafında çalışmanın çok daha güvenli olmasıdır. Üreticiler robotları iş gücüne entegre etmeye ne kadar çok yönelirse, insanlar ve robotların yan yana çalışması o kadar yaygın hâle gelecektir. Yumuşak robotlar, çoğu senaryoda çok daha iyi bir iş arkadaşıdır.

Örneğin, birine çarptığınızda size zarar verme olasılıkları daha düşüktür. Metal bir boruya çarpmak zaten acı vericidir. Metal cihaz hareket halindeyken çarparsa ağrı daha da artar. Yumuşak robotlar, hafif çarpışma ve çarpıntılardan kaynaklanan küçük yaralanmaları ortadan kaldırmaya yardımcı olur.

Yumuşak robotlar, geleneksel robotların çok tehlikeli sayılacağı ortamlarda çalışabilir. Örneğin, gelecekte hayvan yetiştiriciliğinde yardımcı olabilirler. Şimdilik, bu cihazlar geleneksel sert robotlara kıyasla insan odaklı ortamlara daha uygundur.

Düşük Maliyet

Çalışmanın en büyük faydalarından biri tasarrıftır. Robotik servisler ve sert robotlar üretmek pahalı bir iştir ve onlar on yıllardır büyük, yüksek‑bütçeli üreticilere özgü kalmıştır. Son dönemdeki atılımlar, daha küçük işletmelerin de rekabet edebilmesini sağladı.

Bu son gelişme maliyetleri daha da düşürüyor. Araştırmacıların belgelerine göre, kullandıkları robot prototipleri sadece malzeme olarak 3 $ maliyetle üretilmiş, servo hariç tutulmuştur. Bu ucuz alternatif, entegrasyon kapılarını açıyor; çünkü robotların yapabileceği pek çok görev var ancak maliyet sınırlamaları bugüne kadar kullanımını engellemişti. Yakında, düşük maliyetli yumuşak robotlar günlük yaşamınızda size yardımcı olurken görebilirsiniz.

Normal 3D Yazıcılar Kullanılsın.

Başka bir atılım, 3D yazıcı dostu bir biyomimetik aktüatörün tanıtılmasıydı. Bu cihazları rafadan bir 3D yazıcıyla üretebilmek, herkesin araştırmacıların sonuçlarını entegre etmesini ve yeni, yenilikçi yumuşak robotik tasarımlar yaratmasını sağlar.

Entegre

Araştırmacılar, yeni aktüatörlerinin günümüz robotik tasarımlarına sorunsuz bir şekilde entegre edilebilmesinden gurur duyuyor. Bu adım, benimsenmeyi artıracak ve yeniliği hızlandıracak. Ayrıca, daha fazla mühendis stratejilerini kullandıkça geliştiricilerin araştırmalarına anında geri bildirim almasına yardımcı olur.

Mevcut Pazar Liderleri

Yumuşak robotik pazarında üst düzey oyuncular arasında ciddi bir rekabet var. Son bir çalışma, sadece 5 üst üreticinin pazarın %40’ını kontrol ettiğini ortaya koydu. Aynı çalışma, Kuzey Amerika’nın benimseme açısından lider konumda olduğunu gösterdi. Önde gelen üreticiler arasında Parker Hannifin, SRT, Myomo, Bionik Laboratories ve Panasonic yer alıyor.

1. Cyberdyne

Cyberdyne, AI, robotik ve bilgi sistemlerini birleştirerek yeni bir verimlilik ve yetenek seviyesi yaratmayı amaçlayan bir sibernetik teknoloji firmasıdır. Şirket, sibernetik pazarında öncü konumda ve yumuşak robotik cihazların en iyi araştırmacılarından ve üreticilerinden biri olarak tanınıyor.

Cyberdyne, etkileyici bir büyüme kaydetti. Şirket, bir yıl içinde gelirini ¥2,15 milyar’dan ¥3,29 milyar’a %52 artışla yükseltti. Bu büyümenin büyük kısmı medikal ekipman sektöründeki başarılı girişimlere bağlanabilir.

2. Soft Robotics

Soft Robotics, sektördeki bir diğer büyük oyuncudur. Firma, otomatik üretim ve tarımsal görevlerde uzmanlaşmıştır. Cihazları, gelişmiş görsel denetim çözümleri ve AI algoritmalarıyla donatılmıştır; böylece cihazları hassas bir şekilde seçme, sınıflandırma ve belirleme yapabilir.

Soft Robotics, sadece insanlar tarafından yapılabilen karmaşık görevleri yerine getirebilen 3D görme ve AI kullanan yumuşak kavrama elini tanıttı. Bu cihazlar, üreticilere yüksek hızlı toplama, sınıflandırma ve paketleme yetenekleri sağlar. Özellikle Soft Robotics, yumuşak robotların verimliliği artırmadaki harika bir örneğidir.

3. Ekso Bionics Holdings

Ekso Bionics Holdings, ekzoskeleton teknolojisinde küresel bir liderdir. Şirketin teknolojisi, sağlık ve üretim alanlarında çeşitli roller üstlenir. Şu anda rehabilitasyon, terapi ve hareket kısıtlaması olan bireylerin iyileşmesine yardımcı olmak için özel olarak tasarlanmış çeşitli ekzoskeletonlar sunmaktadır.

Ekso, hem üst gövde hem de alt vücut ekzoskeletonları sunar. Bu cihazlar, kullanıcının daha uzun yol almasını, daha fazla kaldırmasını ve yorgunluk olmadan daha fazla yük taşımasını sağlar. Şirketin konumu ve öncü ürünleri, 2022’den bu yana büyük gelir artışları elde etmesine yardımcı olmuştur.

Biyomimetik Aktüatörden Yararlanabilecek Şirketler

Birçok firma, araştırmacıların çalışmasından faydalanarak mevcut ürünlerini iyileştirebilir. Bu şirketler zaten piyasada aktif ve ürünleri, bu teknoloji sayesinde daha yüksek verimlilik, daha düşük maliyet veya daha iyi teklifler şeklinde gelişme gösterebilir.

ReWalk Robotics

ReWalk, biyonik yürüme sistemleri sağlayıcısıdır. Şirket, yenilikçi yaklaşımı ve odaklanması sayesinde binlerce insanın hareket kabiliyetini yeniden kazanmasına yardımcı olmuştur. ReWalk Robotics , paraplejiklerin yaşamlarını yeniden kontrol etmelerine yardımcı olmak için benzersiz ürünlerini kullanmaktadır.

ReWAlk biyonik yürüme asistanı, servo destekli bacak kayışları, sırt çantası bataryası ve bilek monteli uzaktan kumanda içerir. Bu cihaz, komut verildiğinde hareket edecek şekilde ayarlanabilir ya da hareketi otomatik olarak algılayabilir. Bu modda sistem, kullanıcının eylemlerini minimal çaba ile artırabilir.

ReWalk Robotics, pazardaki konumu nedeniyle “satın al” değerlendirmesine sahiptir. Şirket, benzersiz tasarımları ve ürünleriyle sınırları zorlamaya devam ediyor. AI ve biyomimetik aktüatörler gibi ek teknolojilerin tanıtılması, birimlerinin maliyetlerini gelecekte büyük ölçüde azaltabilir.

RightHand Robotics

RightHand Robotics, bir başka yumuşak robot üreticisidir. Şirket, Boston’da konumlanmış olup, pazara verimli toplama çözümleri sunan bir dizi ürün sunmaktadır. Şirket, perakendecilerin robot sınıflandırma seçenekleriyle çevrimiçi ticareti sorunsuz bir şekilde yürütmelerini sağlamayı amaçlamaktadır.

Özellikle, RightHand Robotics, çabaları nedeniyle birçok ödül almıştır. Şirket, New England Venture Capital Association (NEVY) Ödülleri’nde Yılın Robotik Şirketi olarak listelenmiştir.

Biyomimetikler Herkesi Hayatı Kolaylaştıracak.

Gelecekte, robotlar çok daha fazla pozisyonda bulunacak. Yumuşak robotlar, bu entegrasyonu ilerletecek çünkü bu cihazlar geleneksel birimlere göre insanlarla yan yana çalışmaya çok daha uygun. Şimdilik, bu mühendislerin yürüttüğü araştırma, robotları nadir bulunan ürünlerden herkesin satın alabileceği kadar yüksek erişilebilir seçeneklere dönüştürmeye yardımcı olabilir. Bu nedenle, bu gelişmeleri izlemek akıllıca olacaktır.

Diğer havalı projeler hakkında şimdi öğrenin