Yumuşak Robotları ‘Bedensel Enerji’ ile Geliştirmek Yeni Olanaklar Açıyor

Robotik, hızlı büyüyen bir pazar olarak tahminlere göre 2024’te 94.54 milyar dolardan 2034’te 372.59 milyar doları aşması bekleniyor.

Endüstriyel robotlar şu anda bu büyümede liderlik ediyor. Bugün, 3.4 milyondan fazla endüstriyel robot hayatımızı kolaylaştırmak için çalışıyor. Endüstri şirketleri ayrıca önümüzdeki beş yıl içinde endüstriyel otomasyona yatırımının %25’ini planlıyor.

Robotik devam eden bir büyüme göstermeye devam ederken, bir alt dalı da araştırmacıların dikkatini çekiyor. Endüstriyel otomasyonun ötesinde uygulamalarda robot talebi arttıkça, yumuşak robotik alt dalı da ilgi görüyor.

Bu robotlar, yılanlar, solucanlar, yılan balıkları, ahtapotlar ve diğerleri gibi doğada bulunan yumuşak ve esnek cisimlerin lokomasyon mekanizmalarını kopyalar.

Yumuşak robotik, bu yumuşak cisimlerin biyolojik yapılarından ilham alır ve pürüzsüz ve karmaşık hareket için esinlenir. Geleneksel robotlardan farklı olarak, yumuşak robotlar genellikle jel ve kauçuktan gibi esnek malzemelerden yapılır.

Bu, onlara karmaşık ortamlara uyum sağlamak ve insanlarla güvenli bir şekilde etkileşime girmelerine olanak tanır.

Hareketleri için, ısı stimulusu, elektrik sinyalleri ve hava basıncı gibi çeşitli yöntemler kullanılır. Aktivasyonlarının kaynakları genellikle robotların vücudunun dışında bulunur ve hareketlerini kontrol eder.

Bu robotlar, uyarlanabilirlik ve geliştirilmiş güvenlik avantajları sunar. Esnek ve hafif malzeme kullanımı, özellikle insanlarla doğrudan etkileşim için bu makineleri uygun hale getirir ve yaralanma riskini azaltır.

Bu, sağlık ve giyilebilir teknoloji gibi uygulamalarda çok faydalı olmasını sağlar.

Esnek eklem ve yumuşak tutuculara sahip olmak, bu robotların kolayca bükülmesine, dönmesine ve gerilmesine olanak tanır. Biyolojik hareketleri gerçekleştirebilme yetenekleri, insanların yapamayacağı veya yüksek bir kontrol derecesi gerektiren görevler için kullanılabilir hale getirir.

Yapısal esneklik ve becerileri, ayrıca kırılgan nesneleri ele almak ve diğer nazik görevleri gerçekleştirmek için idealdir.

Ancak, yumuşak robotlar da sınırlı güç, düşük hassasiyet, düşük dayanıklılık, üretim ve ölçeklendirme zorluğu ve gelişmiş algoritmalar ve geniş sensör sistemlerine ihtiyaç gibi zorluklarla karşı karşıya kalırlar.

Bununla birlikte, yumuşak robotların yetenekleri yumuşak biyolojik organizmalara yakından uyduğundan, sağlık, tarım, arama ve kurtarma ve uzay keşfi gibi çeşitli alanlarda umut verici bir özelliktir.

Şimdiye kadar several vaat edilen yumuşak robotlar geliştirilmiştir. Örneğin, Harvard’ın tentakül robotu, jöle benzeri yumuşak bir tutucu ile kırılgan nesneleri curly saçların mekaniklerini taklit ederek nazikçe kavrayabilir.

Sağlık alanında, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nün K-FLEX’i, yara izi bırakmayan endoskopik cerrahi gerçekleştirebilir ve MIT’in bionik kalbi, sağlık profesyonellerine kalp damar hastalıklarını incelemelerine ve hastalara en iyi tedaviyi belirlemelerine yardımcı olabilir.

Yumuşak robotlar ayrıca okyanusları keşfetmek için kullanılıyor. Birkaç yıl önce, Çinli araştırmacılar, en derin noktaya – Mariana Çukuru’na – ulaşabilen bir self-powered yumuşak robot sundu. Uzay keşfi için, NASA’nın sponsor olduğu kazma yumuşak robotlar, kumlu arazide gezinebilir ve bir gün Jüpiter’in uydularını keşfetmek için gönderilebilir.

Yumuşak robotik araştırmaları ilerledikçe, bu robotların çeşitli uygulamalarda katı robotları yerini alması bekleniyor.

Yumuşak Robot Türlerinin Evrimi

Cornell Mühendisliği’nden yeni bir çalışma, entegre modüler bir güç sistemi ile donatılmış bir karadan sürünen robot sundu.

Bu solucan robotunu yaratmadan önce, Laboratuvar, Cornell Mühendisliği’nin Archer Grubu ile işbirliği içinde bir jellyfish robotu inşa etti. Her ikisi de altı yıl önce sunulan bir aköz yumuşak robotun doğrudan soyundan gelmektedir.

Dolayısıyla, 2019’da Cornell Üniversitesi araştırmacıları, “Electrolytic vascular systems for energy-dense robots” adlı bir makale sundu.

Sistem, redox flow bataryalarını taklit etti ve hidrolik kuvvet iletimi, aktüasyon ve enerji depolama işlevlerini bir tasarımda birleştirdi ve robotun enerji yoğunluğunu 36 saat boyunca çalışmasını sağlayacak şekilde artırdı.

Araştırmacılar, bu amaç için aslan balığından esinlendiler, aslan balığı, dalgıç fan benzeri yüzgeçleri kullanarak mercan resif ortamlarında süzülür.

O zaman, araştırmacılar, “Bu hidrolik sıvılarda elektrokimyasal enerji depolama kullanımı, gelecekteki robot tasarımlarında enerji yoğunluğunu, otonomiyi, verimliliği ve çok işlevliliği artırabilir” dedi.

Birkaç ay önce, “The multifunctional use of an aqueous battery for a high capacity jellyfish robot” adlı yeni bir makale yayınlandı.

Bu kez, bir RFB, bir jellyfish şeklinde oluşturuldu ve enerji için çok işlevli bir kullanım sağladı.

Jellyfish’ler, büyük ölçüde “mesoglea” adlı bir maddeyle yapılır, bu madde internal bir iskelet olarak hizmet eder. Bu malzeme, jellyfish’in vücudunu esnek yapar ve kas kasılması nedeniyle oluşan deformasyondan sonra şeklini yeniden kazanmasına yardımcı olur.

Mesoglea, fibrillin içeren mikrofibrillerden oluşur ve jellyfish, hareket etmek ve beslenmek için kaslarını güçlendirmek için bunları kullanır.

Robot, yalnızca artan hacimsel ve yüzey enerji yoğunluğuna sahip RFB’ler tarafından güçlendirildi ve bu da UUV’ler için uzun süreli operasyonel ömre yol açtı.

Şimdi, araştırma, bataryalar ve tasarım gelişimi tarafından yönlendirilen bir evrim gösteriyor.

Mekanik ve havacılık mühendisliği profesörü Rob Shepherd, “Bu, nasıl yaşamın karada evrimleştiği gibidir. Balıklarla başlarsınız, sonra zemine desteklenen basit bir organizma elde edersiniz. Solucan, basit bir organizmadır, ancak daha fazla serbestlik derecesine sahiptir” dedi.

Aynı “robot kanı”, yani önceki robot uygulamalarını güçlendiren ve enerji depolayan hidrolik sıvı, yeni robot türünü de besliyor.

Bu kez, araştırmacılar, daha büyük batarya kapasitesi ve güç yoğunluğu elde etmek için tasarımı geliştirdiler.

Jellyfish robotu, bir tendon ile inşa edilen bir RFB’ye sahiptir. Tendon çekildiğinde, zil şeklini değiştirir ve yaratığı yukarı iterek, zil gevşediğinde aşağı iner.

Daha da önemlisi, jellyfish robotu, bir çift redox bataryasına sahiptir: çinko iyodür (ZnI2) ve çinko bromür (ZnBr2).

Brom, bir bataryadaki iyona eklenerek iyon taşınmasını artırdı ve bu da batarya kapasitesini ve güç yoğunluğunu artırdı. Sonuç olarak, jellyfish robotu daha hızlı ve daha çevikti ve yaklaşık 90 dakika operasyonel ömre sahipti.

Araştırmacılar, bataryaların elektrikli substratlarında dendrit birikimi sorununu önlemek için grafeni kullandılar.

Grafen uygulamak, çinkonun daha iyi eşleşmesini ve daha düz plakasını sağladı.

Solucan robotu, bir dizi birbirine bağlı odadan oluşur ve her bir odada, solucanın şeklini sıkıştırmasına ve genişletmesine izin veren bir motor ve tendon aktüatör bulunur.

Her odada ayrıca bir anolit torbaları yığını ve bir katolit bulunur.

Tasarımın önemli bir unsuru, Nafion ayırıcıları otomatik olarak solucanın silikon-üretan kopolimer gövdesine bağlamak için bir kuru yapışma yöntemi kullanmaktı.

Ayırıcı, anolit ve katolitleri ayırırken, şarjın arasında hareket etmesini sağlar ve bu da motoru çalıştırır.

“Çok fazla hidrolik olarak çalışan robot var ve biz ilk olarak hidrolik sıvıyı batarya olarak kullanıyoruz, bu da robotun genel ağırlığını azaltıyor, çünkü batarya iki amaç için hizmet ediyor, sistemi enerji ile sağlıyor ve hareket için güç sağlıyor.

Bu nedenle, bir solucan gibi şeyler olabilir, neredeyse tüm enerji, bu nedenle uzun mesafelere seyahat edebilir” dedi.

Solucan robotunu test eden araştırmacılar, onun zeminde ilerleyebildiğini ve dikey bir boru boyunca yukarı ve aşağı hareket edebildiğini buldular.

Solucan robotu, kapalı, eğri bir yol boyunca gezinebilir ve yukarı ve aşağı tırmanabilir, ancak oldukça yavaştır, ancak hidrolik olarak çalışan diğer solucan botlardan daha hızlıdır.

Tek bir şarj ile, solucan 35 saatte 105 metre yol alır.

Araştırmacılara göre, solucan robotu, kısıtlanmış bir ortamın keşfi gibi uygulamalarda, özellikle uzun ve dar geçitlerin keşfi ve muhtemelen onarım işlemleri için kullanılabilir.

Jellyfish için, kullanım durumu okyanus keşfinde bulunabilir.

Deniz Kuvvetleri Araştırma Ofisi ve Enerji Bakanlığı’nın Temel Enerji Bilimi Programı tarafından desteklenen bu araştırma, sadece başlangıçtır, çünkü gelecekteki çalışmalarının odağı, tamamen sıvı bir RFB olacaktır.

Çalışma, özellikle yumuşak robotik uygulamaları için yüksek enerji yoğunluğu ve düşük maliyeti ile polüsülfid-iyodit bataryasının vaat ettiğini belirtti.

Nihayetinde, ekip, yüksek kapasiteli, bedensel enerjiye sahip robotlar inşa etmeyi hedefliyor.

Bu gelecekteki robotlar, iskeletlere sahip olacak ve hatta yürüyebilecek, bu da insanlara benzeyen robotlara yol açacaktır.

İlgili Şirketler

Şimdi, robotik alanını ilerletmeye yardımcı olan birkaç halka açık şirkete göz atalım.

1. iRobot Corporation (IRBT )

Küresel bir tüketici robot şirketi olan iRobot, dayanıklı robotların tasarımını, yapımını ve satışını yapmaktadır. Ürünleri arasında Roomba, Braava ve Root bulunmaktadır.

iRobot, dünya çapında milyonlarca robot sattı.

231 milyon dolarlık bir piyasa değerine sahip olan iRobot hisseleri, şu anda 7.59 doların altında %2.45 oranında işlem görmektedir.

Son olarak, şirket 2024’ün dördüncü çeyreği için ön finansal sonuçlarını açıkladı ve 171 milyon dolarlık bir geliri ve 59 milyon dolarlık bir GAAP operasyonel kaybı bekliyor.

CEO Gary Cohen, sonuçların “daha yüksek beklenen mevsimsel tanıtım harcamalarını yansıttığını” ve şirketin “temel olarak nasıl inovasyon, geliştirme ve robotlarını inşa ettiğini değiştirdiğini” söyledi.

2. Teradyne (TER )

Küresel bir otomatik test ekipmanı ve robotik çözümleri tedarikçisi olan Teradyne, yarı iletkenler, kablosuz ürünler, depolama, havacılık ve devre kartları ve robotik gibi dört segment üzerinden faaliyet gösterir.

Şirket, dünya çapında 80.000’den fazla gelişmiş robotik sistemi dağıttı ve ileri robotik ve otomasyona 700 milyon doların üzerinde yatırım yaptı.

18.74 milyar dolarlık bir piyasa değerine sahip olan Teradyne hisseleri, şu anda 116 doların altında %8.61 oranında işlem görmektedir.

CEO Greg Smith, bu büyümeyi güçlü AI hesaplama ve ilgili bellek ile Mobil ve Otomotiv/Endüstriyel beklentileri aşmaya bağladı.

3. Zimmer Biomet (ZBH )

Bir küresel tıbbi teknoloji şirketi olan Zimmer Biomet, biyolojik, spor ürünleri, uzuvlar, travma ürünleri, cerrahi ürünleri ve veri, veri analitiği ve yapay zeka kullanarak bir dizi robotik teknolojisini kullanmaktadır.

22 milyar dolarlık bir piyasa değerine sahip olan Zimmer Biomet hisseleri, şu anda 110.10 doların üzerinde %4.72 oranında işlem görmektedir.

CEO Ivan Tornos, şirketin “misyonunu ilerletmeye” devam edeceğini ve “milyonlarca insanın ağrısını hafifletmesine ve yaşam kalitesini iyileştirmesine” yardımcı olacağını söyledi.

Sonuç

Otomasyon ve verimlilik talebi arttıkça, robotik popülerlik kazanıyor. Bu güçlü büyüme ortamında, yumuşak robotik alt dalı da yenilikler görüyor ve sağlık, keşif ve endüstriyel otomasyon gibi yeni uygulamaları kilitleyor.

Yumuşak robotiğin evrimi – canlı organizmalardan esinlenen uyarlanabilirlik ile bedensel enerjiyi birleştirme – dayanıklılık ve enerji verimliliği gibi uzun süredir devam eden kısıtlamaları nihayet aşma potansiyeline sahiptir.

Yumuşak robotiğin köpük akışkanlarından nasıl yararlanacağını öğrenmek için tıklayın.