İnsan Eli Gibi Eller: Yeni Katmanlı Üretim, Yumuşak Robotiklerin Gerçekleşmesini Sağlıyor

Robotik alanının hızla evrilen manzarasında, alan anlayışımızı yeniden şekillendirme sözü veren yeni bir sınır ortaya çıkıyor: yumuşak robotik. Bu yenilikçi yaklaşım, son teknoloji katmanlı üretim teknikleri sayesinde ilerleme kaydediyor. 

Bu makalede, yumuşak robotik dünyasını inceliyor ve son katmanlı üretim gelişmelerinin bu teknolojiyi nasıl ileriye taşıdığını araştırıyoruz.

Yumuşak Robotik Nedir?

Yumuşak robotik, robotlarla ilişkilendirdiğimiz sert hareketlerin yerine, yaşayan organizmaların fiziksel özelliklerine daha çok benzeyen teknolojileri tanıtmayı amaçlar. Geleneksel doğrusal ve katı özelliklerin yerini, insan, hayvan ve bitki yaşamını taklit eden sofistike modeller alır; bu, biyomimikri biçimi olarak kabul edilir.

Araştırmacılar, yumuşak robotik pazarının gelecekte çok büyük bir fırsata dönüşeceğini, pazar büyüklüğünün 2022’de 770 Milyon USD’den 2030’da neredeyse 22 Milyar USD’ye çıkacağını tahmin ediyor. Bu, yaklaşık %75 CAGR’lik muazzam bir büyüme anlamına geliyor. 

Harvard Biodesign Lab, yumuşak robotik teknolojisini, esnek malzemeler (kumaş, kağıt, lif ve parçacıklar) gömülü elastomerik matrisli akışkan aktüatörler olarak tanımlıyor ve yumuşak robotiklerin hafifliği, uygun maliyeti ve belirli bir uygulamaya kolayca özelleştirilebilmesi sayesinde popülerleşeceğini belirtiyor. 

Yumuşak Robotik Uygulamaları

Harvard Biodesign Lab, bugün ABD’de dört milyon kronik inme sonrası hemiparezi yaşayan ve diğer gelişmiş ülkelerde altı milyon daha kişi olduğunu tahmin ediyor. Bu hastalar genellikle ellerinin motor becerilerini kaybederler. Yumuşak robotik, modüler, güvenli, taşınabilir, tüketilebilir ve evde kullanılabilecek bir el rehabilitasyon ve yardımcı cihazı geliştirerek bu soruna çözüm sunabilir.

Amerika Birleşik Devletleri’nde kalp yetmezliği geliştirme yaşam boyu riski yaklaşık %20dir. Yumuşak robotik teknolojisini kullanarak Laboratuvar, tezgah üstü bir kardiyak simülatör ve Direkt Kardiyak Sıkıştırma (DCC) cihazı geliştirmekte, bu cihazların kalp yetmezliğini tedavi etmesine yardımcı olmaktadır. 

Tüm bu faydalı uygulamalar ve daha fazlasıyla, Yumuşak Robotik, hasta rehabilitasyonu ve yaşam kalitesinin iyileştirilmesi çabalarında dünya çapında önemli bir rol oynayabilir. Yumuşak robotik alanını ilerleten her teknoloji – dolayısıyla – olumlu bir etkendir. Bugün, bu tür üretim tekniklerinden bazılarını ele alacağız. 

3‑D Baskı veya Katmanlı Üretim Teknolojisi Yumuşak Robotikte

3D baskı, katmanlı üretim olarak da bilinir ve dijital bir dosyadan üç boyutlu nesneler üretmeyi amaçlar. Katmanlı üretim adı, sürecin doğasından gelir. 

Katmanlı üretim sürecinde, nesne, istenen şekil ve form elde edilene kadar ardışık malzeme katmanları biriktirilerek geliştirilir. 

Bu katmanların her biri, istenen nesnenin ince dilimlenmiş bir kesitidir. Katmanlı üretim, istenen şekil ve boyutların büyük bir ham madde bloğundan kesildiği geleneksel çıkarımsal üretimden farklıdır. 

3D baskı veya katmanlı üretim genellikle bir 3D model, bir 3D yazılım ve bir 3D yazıcı içerir. Bu süreç, tüketici ürünleri, endüstriyel ürünler, diş ürünleri, protezler, mimari ölçekli modeller ve maketler, yeniden oluşturulmuş fosiller, antik eser replikaları, adli psikolojide yeniden oluşturulmuş kanıtlar, film aksesuarları ve daha fazlasının üretiminde zaten uygulanmaktadır. 

Şimdi, kullanılabilirlik buldu ve daha sofistike yumuşak robotik alanına girdi. ETH Zürih ve ABD merkezli bir startup olan Inkbit, bunu ortaklaşa mümkün kıldı. 

Inkbit, MIT çıkışlı bir şirket iken, ETH Zürih’in Bilim ve Teknoloji Üniversitesi 1855’te, modern İsviçre’nin kurucularının yenilik ve bilgi merkezi olarak oluşturulmuştur.

Buraya tıklayarak 3D Baskı/katmanlı üretime yatırım hakkında tüm bilgileri öğrenin.

Teknoloji Detayları

Atılım

ETH Zürih ve Inkbit’in araştırmasının elde ettiği atılım, katmanlı üretim veya 3D baskıda kullanılabilecek malzeme yelpazesini genişletmesidir. Önceden teknoloji yalnızca hızlı kürlenen plastiklerle sınırlıyken, artık yavaş kürlenen plastikler de kullanılabilir hâle gelmiştir. Bu kapsam genişlemesinin birçok avantajı vardır. 

Faydalar

• Yavaş kürlenen plastikler geliştirilmiş elastik özelliklere sahiptir.
• Daha dayanıklı ve sağlamdır.
• Yavaş kürlenen plastikler, karmaşık ve daha dayanıklı robotik elemanların 3D baskısını mümkün kılar.
• Teknoloji, çeşitli yüksek kaliteli malzemelerle uyumludur
• Kapsam genişlemesi, yumuşak, elastik ve sert malzemelerin birleştirilmesini kolaylaştırır.

Ve son olarak,

• İstenildiği gibi delikli ve hassas yapılar ve parçalar oluşturma gereksinimini karşılar. 

Uygulama

Yavaş kürlenen plastiklerle, yumuşak robotik ve katmanlı üretimin faydalarını birleştirmek ve insanlık için uzun vadeli bir sinerji yaratmak mümkün hâle geldi. 

ETH Zürih’teki araştırmacılar, insan fizyolojisinin tüm niteliklerine (kemikler, bağlar ve tendonlar gibi) sahip bir robotik el geliştirdiler. Farklı polimerlerden yapılmış olmasına rağmen, nihai ürün tek bir seferde üretilebiliyordu. 

Araştırmacılara göre, yavaş kürlenen polimerler kullanılmasaydı bu mümkün olmazdı. ETH Zürih robotik profesörü Robert Katzschmann’ın grubunda doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Thomas Buchner şöyle diyor:

“Şimdi yavaş kürlenen tiolen polimerleri kullanıyoruz. Bunların çok iyi elastik özellikleri var ve bükülmeden sonra orijinal hallerine çok daha hızlı dönüyorlar, poliakrilatlara göre.”

Tiolen polimerlerinin eklenmesi, yumuşak robotik prensipleriyle el üretiminde oyunu değiştirdi. Robotik el gerçek bir insan eline kadar yumuşak olduğu için yaralanma riski daha az ve kırılgan nesneleri daha iyi taşıyabiliyor. 

Yumuşak robotik ve katmanlı üretimi aynı sürece entegre edebilmek için araştırmacılar, 3D baskı teknolojisine bazı değişiklikler getirmek zorunda kaldılar. Baskıya, her katmanı anında olası yüzey düzensizlikleri için kontrol edebilen bir 3D lazer tarayıcı eklediler. 

Araştırmacılar ayrıca bu düzensizlikleri telafi etmek için bir geri bildirim mekanizması tanıttılar. Bu mekanizma, önceki katmanın düzensizliğini dikkate alarak bir katmanda gerekli ayarlamaları yapmaya yardımcı oldu. 

ETH Zürih, bu baskı teknolojisini geliştirmek için ABD merkezli startup Inkbit’ten yardım aldı. 

Inkbit: Baskı Teknolojisi Startup’ı

2017 yılında Davide M. Marini, Javier Ramos ve Wojciech Matusik tarafından kurulan Inkbit, bir Series B startup olup, Medford, Massachusetts, ABD’de konumlanmıştır. Şirketin amacı, 3D baskıyı makine görüsüyle birleştiren nesil‑ötesi bir katmanlı üretim platformu yaratmaktır. Şirket, 3D baskı alanında yeni çözümler geliştirmeye ve yenilik yapmaya devam ediyor. Örneğin, bu yılın Kasım ortasında, karmaşık çok‑fonksiyonlu sistemlerin ve robotların tek baskıda üretimini gösterdi. 

Bir hafta önce, şirket TEPU 50A adlı yeni bir yumuşak‑orta sertlikte elastomer tanıttı. 

Inkbit’in hizmet verdiği alanda başka birçok oyuncu daha bulunmaktadır. Hepsi birlikte, yeni katmanlı üretim teknikleriyle yumuşak robotik alanında ilerlemeyi hedefliyor.

Yumuşak Robotiklerin İlerlemesine Yardımcı Olacak Dönüştürücü Katmanlı Üretim Tekniklerine Sahip Şirketler

#1. Flashforge

Son zamanlarda, yüksek uyumlu yumuşak kavrayıcılarla donatılmış modüler bir 3D‑baskılı yumuşak tutucu geliştirildi. Parmaklar, pozitif basınçlı yumuşak pnömatik aktüatörler ve mekanik metamaterialden oluşuyordu. Metamaterial, yumuşak auxetik bir yapı ve uyumlu kaburgalar içeriyordu. Süreçte kullanılan 3D yazıcı, FlashForge Corporation evinden düşük maliyetli, açık kaynaklı füzyon birikimli modelleme (FDM) 3D yazıcıydı. 

2011 yılında kurulan Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD, Çin’de profesyonel 3D baskı ekipmanları ve malzemeleri Ar‑Ge ve üretiminde öncü kuruluşlardan biridir. Flashforge ürünleri, dünya genelinde yaklaşık 100 ülke ve bölgeye ulaşmaktadır. 

Şirket, yurt içinde ve yurt dışında 50’den fazla ülkede 600’den fazla marka bayisi geliştirmiştir. 

FlashForge USA, 3D baskıyı kurumlar, mimarlar, mühendisler, tasarımcılar, endüstriyel kullanıcılar ve geniş tüketici‑prosumer pazarına yaygınlaştırmaya odaklanmaktadır. 

Tahminen, Flashforge’in geliri 15 Milyon USD’den fazladır, FlashforgeUSA ise 7 Milyon USD’den fazladır. 

#2. NinjaTek

Birçok çözümünün yanı sıra, NinjaTek’in Cheetah® 3D Printer Filament ürünü, protez eller için esnek, gerçekçi kemikler üretmek amacıyla kullanıldı. Parmak tasarımı, silikon kalıba esnek bir 3D‑baskılı kemik yerleştirerek cilt benzeri bir doku ve parmakların dayanıklılığını artırmayı gerektirdi. Elin tasarım ve geliştirilmesinden sorumlu araştırma ekibi, NinjaTek’in yarı‑esnek Cheetah TPU filamentini protetik parçayı tasarlarken çok faydalı buldu.

NinjaTek, Fenner Precision Polymers’in bir parçasıdır. 3D baskı endüstrisi alanında son kullanıcılar için özel filament üretir. Şirket şu anda Michelin Group’un bir şirketidir. 

Michelin Group 2022’de 28,5 milyar Euro’dan fazla gelir elde etti; 2021’de ise yaklaşık 24 milyar Euro idi. Şirketin gelirine oranla işletme karı 2022’de %12 civarındaydı. 

#3. Fictiv

Bu alandaki bir diğer önemli oyuncu, 3D baskı hizmetleri sunan ve yumuşak robotik alanını ilerletmeye güçlü bir bağlılık gösteren kapsamlı bir yelpaze sunan bir şirkettir. Uzmanlıkları, Medtronic gibi büyük med‑tech şirketleri tarafından da talep edilmektedir.

Fictiv, yumuşak robotların daha uyumlu ve esnek olduğunu düşünüyor. “Çeşitli tutuş tasarımlarını daha iyi anlayabilir ve hareketlerini buna göre uyarlayabilir.” Ayrıca yumuşak robotların “nesneleri kavramak için pnömatik olarak aktüatörlenmesi, emiş yeteneklerinin kolayca eklenmesini sağlar.” diyor. 

Mayıs 2022’de Fictiv duyurdu ki 100 Milyon USD tutarında bir Series E finansman turunu tamamladı. Tur, Activate Capital öncülüğünde, Angeleno Group, Cross Creek ve The Westly Group gibi yeni yatırımcıları içeriyordu. Fictiv’in diğer kurumsal yatırımcıları arasında Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners ve Standard Investments yer alıyor. Series E finansmanı, 2013’te faaliyete başladığından bu yana Fictiv’e toplam 192 Milyon USD yatırım getiriyor. 

3‑D Baskı veya Katmanlı Üretim Teknolojisi Yumuşak Robotikte: Gelecekte Neler Bekleniyor

3D baskı veya katmanlı üretim, yüksek kalitesi ve aynı anda birden fazla malzemenin basılabilme yeteneği sayesinde yumuşak robotikte kilit bir teknoloji haline gelmektedir. 

Yumuşak robotlar, sıvılar, jeller, fonksiyonel polimerler ve diğer kolay şekil değiştirebilen malzemelerden oluşur; bu sayede robotik çözümler, gerildiğinde ve sıkıştırıldığında bile çalışabilir durumda kalır. Önemli olarak, bu malzemeler mevcut 3D baskı veya katmanlı üretim teknolojileriyle uyumludur; bu teknolojiler yalnızca daha hızlı değil, aynı zamanda daha güvenilirdir. Ancak evrensel olarak uyumlu hâle gelmek için ölçeklenebilirliklerini artırmaları gerekir. 

Yeni katmanlı üretim tekniklerinin bir diğer avantajı, en karmaşık şekilleri bile yüksek özgüllükle basabilme yetenekleridir. 

Yeni katmanlı üretim teknikleri, çoğu yeni geliştirilen yumuşak robotun ayrılmaz bir parçası olan güç kaynaklarını konumlandırma konusunda da faydalıdır. Ayrıca, yeni 3D baskı teknikleri bu güç kaynaklarını yumuşak robotik yapılar içinde akıllıca yerleştirmeye yardımcı olur.

Öte yandan, mevcut 3D baskı yapılabilir yumuşak malzemeler, inşa sürecinde kullanılan normal kuvvetler altında kendi ağırlıkları nedeniyle önemli ölçüde deformasyona uğrama eğilimindedir; bu da destek malzemesi eklenmesini gerektirir. Bu zorluk, daha fazla geliştirme için uygun bir alanı işaret eder. Bu soruna bir çözüm olarak, Kilopascal’dan Megapascal’a kadar baskı dayanabilen viskoelastik hidrojel türleri ortaya çıkmıştır. 

Son zamanlarda, bir araştırma grubu da son derece yumuşak, sıvı gibi malzemeleri daha sonraki bir aşamada polimerizasyon yoluyla yerinde tutabilen çok yönlü bir teknik geliştirdi. 

Bir başka araştırma ekibi, Delft Teknoloji Üniversitesi öğrencilerinden oluşan, 3D‑baskılı kabuklarda silikon dökebilen yeni bir özellik geliştirdi. Bu teknik düşük maliyetli ve yumuşak robotiklerin gelecekte yeni zirvelere ulaşmasına yardımcı olabilir. 

Konu üzerine daha fazla araştırma ve bilimsel çalışma yapıldıkça, katmanlı üretim yumuşak robotiklerin tıp ve sağlık bilimleri alanında son derece ilgili hâle gelmesini sağlayacaktır. Zaten sınırlı el fonksiyonu, lokal felç ve artrit yaşayanlar için faydalı olan yumuşak robotik 3D‑baskılı eldivenler geliştirilmiştir. 

Bilim insanları ayrıca, dört bacaklı, düzensiz ve engebeli zeminlerde (çakıl, kum gibi) yürüyebilen 3D‑baskılı yumuşak robotlar ve protez eller inşa ettiler. 

Tıbbi ve sağlık rehabilitasyon kullanımının yanı sıra, bu tür yumuşak robotlar kurtarma operasyonlarında yardımcı olabilir veya tehlikeli ortamlardan sensör verileri toplamak için kullanılabilir. 

Özetle, yeni katmanlı üretim tekniklerinin yumuşak robotik ilerlemesinde sunduğu fırsatlar muazzamdır. Tek yapması gereken, bu teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp kamu yararı için büyük ölçekli kullanım alanına getirmektir. 

Buraya tıklayarak en iyi on katmanlı üretim ve 3D baskı hisse senedini öğrenin.