Düşük Maliyetli 3D Baskılı Robotlar Elektronik Olmadan Çalışıyor

Robot üretim dünyasında, doğrudan üretim hattından çıkmaya hazır makineler üretme hayali hâlâ yıllar uzakta, ya da en azından öyleydi. Kaliforniya Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi, elektrik gerektirmeyen ve yazıcıdan hemen çıkmaya hazır yeni bir üretim yöntemi ve robot tasarımının ayrıntılarını açıklayarak piyasayı şaşkına çevirdi. İşte bilmeniz gerekenler: 3D baskılı robotlar.

Robotlar Nasıl Yapılır? Modern Robot Üretim Tekniklerini Keşfetmek

Birçok farklı robot türü ve bu cihazları yaratmanın daha da fazla yolu vardır. Geleneksel robotlar montaj hatlarında inşa edilebilir ve bir araya getirilip çalıştırılması için çok sayıda adım gerekebilir. Örneğin, bir üretici gövdeyi üretirken diğerleri elektronik bileşenler, piller, kontrol cihazları ve diğer çekirdek bileşenleri üretebilir.

Yumuşak Robotlar Nelerdir? Faydaları ve Gerçek Dünya Kullanımları

Yumuşak robotlar geleneksel robotlarda bulunan sert dış iskeleti ortadan kaldıran başka bir makine türüdür. Bunun yerine, yumuşak robotlar silikonlar ve şekillerini değiştirmelerine olanak tanıyan tasarımlar gibi alternatif malzemeler kullanır. Yumuşak robotların başlıca faydaları, manipülasyonu desteklemeleri, karmaşık ortamlarda dolaşabilmeleri ve insanlarla güvenli etkileşim sağlamalarıdır.

Akışkan Devrelere Sahip Yumuşak Robotların 3D Baskısındaki Gelişmeler

Yumuşak robotlara olan talep, çeşitli üretim süreçlerinde iyileştirmelere yol açmıştır. 3D baskı alanındaki son gelişmeler, mühendislerin tek seferde daha yetenekli yumuşak robotlar tasarlamalarını sağlamıştır. Günümüzün en gelişmiş yumuşak robot üretim yöntemleri, yumuşak robotların karmaşıklığını azaltmaktadır.

Bu görevi başarmak için doğrusal olmayan malzeme tepkilerinden yararlanan pnömatik devreler kullanılır. Akışkan kontrol devrelerinin kullanımı, mühendislerin tek bir konumda daha fazla cihaz üretmesini sağlar. Özellikle, bu projenin mühendisleri, gömülü kontrol devrelerine sahip 3D yazdırılmış bir robotik tutucu ve paletli araç yaratmak da dahil olmak üzere diğer çalışmalarda da önemli rol oynamıştır.

3D Baskı ve Yumuşak Robotların Montajında ​​Karşılaşılan Zorluklar

Yumuşak robotik üretim sektörü hâlâ birçok sorunla karşı karşıya. Örneğin, döküm kalıplama sistemleri parçaların üretilmesine olanak tanıyor, ancak ünitelerin kontrolü hala ek bileşenler gerektiriyor. Ayrıca, pahalı, emek yoğun ve çoğu kişi için kolayca erişilebilir değil.

Birçok durumda, pompalar, vanalar ve diğer elektroniklerden oluşan karmaşık bir sistem, herhangi bir kontrollü hareket biçimini elde etmek için kablolar aracılığıyla ayrı bir panoda gövdeye bağlanmalıdır. Botun bağlanması ihtiyacı, avantajlarını ortadan kaldırır ve dar alanlarda veya ortamlarda gezinme gibi yumuşak robot yeteneklerini sınırlar.

Yeni Çalışma, Tamamen 3D Baskılı, Elektroniksiz Yürüyen Robotu Tanıttı

Çalışma "Otonom Yürüyen Robotların Monolitik Masaüstü Dijital Üretimi, "¹ Advanced Intelligent Systems dergisinde yayınlanan, mühendislerin, baskıdan hemen sonra yürüyebilen, tamamen 3D yazdırılmış, elektroniksiz, altı bacaklı bir robotu nasıl geliştirdiklerini vurguluyor. Daha da etkileyici olanı, cihazın yalnızca sabit bir hava basıncı kaynağıyla çalıştırılmasıdır.

Çalışma birçok nedenden ötürü devrim niteliğindedir. Birincisi, mühendislerin kapalı bir valfi 3D yazdırmanın zorluklarının üstesinden nasıl gelebildiklerini ayrıntılı olarak açıklıyor. Raporda, ekip hava destekli faz gecikme valfleri aracılığıyla simetrik salınım kullanarak yazıcıdan çıkma robot hareketini başarıyla gerçekleştiriyor.

Masaüstü 3D Yazıcılar Tam İşlevli Yumuşak Robotlara Nasıl Olanak Sağlıyor?

Mühendisler, minimum insan emeği gerektiren karmaşık geometrilere sahip yumuşak bileşenler oluşturmak için piyasada satılan hazır bir 3B masaüstü yazıcı kullandılar. Mühendisler çeşitli malzemeler üzerinde araştırmalar yaptılar. Hatta, ekibin altı bacaklı robotunun iskeletini, yapay kaslarını ve kontrol sistemini oluşturmak için hangi malzemelerin en iyi sonucu verdiğini test etmek üzere Kaliforniya Araştırma İttifakı (CARA) aracılığıyla BASF şirketiyle ortaklık kurdular.

Kaynak UC San Diego

Yazıcıdan Çıkmadan Çalışan 3D Baskılı Yürüyen Robot

Ekibin ürettiği yürüyen robot, herhangi bir elektronik bileşen olmadan kendi başına yürüyebiliyor. Bunun yerine, altı bacağını hareket ettirmek için basınçlı hava ve basınç değişikliklerine göre açılıp kapanan bir valf ağına güveniyor. Ekibin geliştirdiği robotun, güç kaynağı olarak yalnızca sıkıştırılmış bir gaz kartuşu kullanarak, engebeli arazilerde bağımsız olarak hareket edebilmesi dikkat çekici.

Robot Bacakları

Rafta hazır robotun benzersiz yönlerinden biri bacak tasarımıdır. Altı bacak, ticari olarak temin edilebilen 3D baskı filamenti kullanılarak basılmıştır. Bacakların her biri yumuşak, basılabilir, antagonistik pnömatik aktüatörleri entegre eder. Bu kurulum, her harcamaya dört hareket derecesi sağlar. Her bacak yukarı, aşağı, ileri ve geri hareket edebilir.

Yürüme eylemi yaratmak için bacakların bir tür basınçlı hava veya sıvıya bağlanması gerekir. Sürekli basınç altında, bir bacak seti aşağı doğru bükülerek vücudu daha yükseğe kaldırır ve botun engebeli araziyi temizlemesine yardımcı olur. Aynı zamanda, başka bir bacak seti hafifçe yükselir. Oradan, son bacak seti aşağı ve arkaya doğru bükülerek ileri doğru itme eylemi yaratır. Bu, ön bacakların aşağı doğru bükülmesine ve bir adım döngüsünün tamamlanmasına neden olur.

Yumuşak Aktüatörler

Özellikle, cihaz bu görevi robotun gövdesine gömülü akışkan devrelerinin entegre edilmesi sayesinde başarabiliyor. Bu cihazları yazdırmak düşündüğünüzden daha zordu. Mühendisler, aktüatörler, vanalar ve sensörler gibi bu hava geçirmez bileşenleri yazdırmak için en iyi yöntemi belirlemek için önemli çaba sarf etmek zorundaydı.

Pnömatik Salınımlı Devre

Bu yeni nesil yumuşak robot tasarımının merkezinde, yazdırılabilir bir akışkan osilatör devresi yer alır. Bu devre, hayati önem taşıyan dört döngüsel çıkış basınç sinyali üretir. Etkileyici bir şekilde, mühendisler bunu yalnızca tek bir basınç girişi kullanarak bu görevi başarmak için yaratmışlardır.

Monolitik 3D yazdırılabilir dört fazlı iki kararlı salınımlı valfin en iyi çözüm olduğuna karar verdiler. Özel olarak yaptıkları salınımlı valf, bir çalışma döngüsünde altı durumu birleştiriyor. Bu görevi başarmak için, iç membranların ve valf kanallarının mekanik hareketlerini kullanarak eşikleri manipüle ediyor ve kademeli basınç değişiklikleri nedeniyle durum değişiklikleri yaratıyor.

Her bir valf, basınç sınırlarına ulaşıldığında hava akışını sürecin bir sonraki aşamasına yönlendirir. İlginç bir şekilde, ekibin bu konsepti nasıl bulduğu sorulduğunda, tasarımın erken dönem lokomotif buhar motorlarından esinlendiğini söylediler.

3D Baskılı Bir Robot Ne Kadar Dayanıklıdır? Test Sonuçları Açıklandı

Yumuşak robotun laboratuvar test aşaması açık havada izleme süreciyle başladı. Bu adımda robot kaldırıldı ve hava basıncı uygulandı. Daha sonra ekip robotun yaptığı tam hareketleri ve robot yerde olsaydı hareketi nasıl etkileyeceğini not etti. Bacakların havadaki hareketlerini kaydettikten sonra ekip belirgin bir yürüyüş deseni oluşturmak için tasarımı ayarlayabildi.

Bir sonraki test robotun yalnızca hava basıncıyla nasıl çalıştığını görmekti. Ekip, 16 psi'ye ayarlanmış mekanik bir regülatöre sahip 2 g CO20 kartuşu kullanarak robotun elektroniksiz çalışmasını test etti. Bu kurulumdan yaklaşık 80 saniyelik bir çalışma elde edebildiklerini belirttiler.

Ömür boyu test

Daha sonra, dayanıklılık yaşam döngüleri üzerinden test edildi. Ekip, en fazla ayrıntıyı elde etmek için tek bir valfi test etmeye odaklandı. Testin bir parçası olarak, sabit basınç uygulandı ve etkileri kaydedildi. Salınımlı valfin tamamen bozulmadan önce 19,809 döngü boyunca çalıştığını kaydettiler.

3D Baskılı Robotların Test Sonuçları

Laboratuvar testi bazı etkileyici sonuçlar ortaya koydu. Birincisi, ekip tarafından yaratılan robot çok çeşitli arazilerde hareket edebiliyordu. Bot, su altı dahil olmak üzere çim, kum ve diğer çeşitli zorlu arazileri başarıyla geçti.

İlginçtir ki, robot pürüzsüz yüzey denemeleri sırasında saniyede 85 cm hızla 21 saniyede 4 cm yürüdü. Testler, bacakların kaldırma hareketinin adımlarının ilk dizisinde olduğunu ve robotun engebeli ortamlarda seyahat etmek için yeterli kaldırma kuvveti kazanmasına yardımcı olduğunu ortaya koydu.

Dayanıklılık testi, cihazların üç gün boyunca aralıksız çalışabildiğini gösteriyor. Ayrıca ekip, tasarımın ana zayıf noktasının salınımlı valfteki dört membran olduğunu keşfetti. Bu keşif büyük bir sürpriz değildi çünkü bunlar sistem içinde en fazla hava basıncına, tekrarlanan kuvvete ve sapmaya dayanan bileşenler.

Elektronik Olmadan Yumuşak Robotların 3D Baskısının Faydaları

3D yazdırılmış robotlar çalışmasının sağladığı birden fazla fayda vardır. Birincisi, bu cihazlar normal bir masaüstü 3D çözümü kullanılarak yazdırılabilir. Bu yaklaşım, bu ünitelerin ortalama bir kişi veya işletme tarafından kolayca erişilebilir olduğu anlamına gelir. Yazıcıdan çıktıktan sonra kullanıma hazırdırlar ve çalışır hale gelmeleri için insan etkileşimi veya baskı sonrası temizlik gerektirmezler.

Elektronik Olmayan 3D Baskılı Robotlar Neden Oyunun Kurallarını Değiştiriyor?

Projenin en havalı yönlerinden biri kesinlikle elektroniklere olan ihtiyacı ortadan kaldırma kararıdır. Bu botların elektronik olmadan çalışabilme yeteneği, elektronik dostu olmayan ortamlar için bariz bir çözüm oldukları anlamına gelir.

Uzaya veya yüksek radyasyonlu veya manyetik konumlara yönelik bilimsel çalışmalar, bu cihazların nerede işe yarayacağının başlıca bir örneğidir. Ek olarak, su altı ortamları, yüksek basınç kısıtlamaları nedeniyle geleneksel elektronikler için her zaman sorunlu olmuştur.

Düşük Maliyetli Robotik: 3D Baskı Robotları Nasıl Daha Ucuz Hale Getiriyor

Bu çalışma, süper düşük maliyetli robotların basımına kapı açıyor. Ekip mühendislerinin yarattığı cihazın maliyeti yaklaşık 20 dolardı. Bu cihaz yalnızca yürüyebilirken, gelecekteki tasarımlar elektrik faturanızı veya üretim maliyetlerinizi artırmadan temel görevleri yerine getirmenize yardımcı olabilir.

3D Baskılı Robotlar: Gerçek Dünyadaki Kullanımları ve Bunları Ne Zaman Beklemeliyiz

Elektroniksiz robotlar için çeşitli uygulamalar vardır. Bu cihazlar, düşmanca veya tehlikeli alanların önemli gözetimini yapmak için gönderilebilir. Bu yaklaşımın avantajı, bir yazıcının konuma bırakılabilmesi ve robotların yerinde oluşturulabilmesidir. Bu strateji daha kolay ulaşıma olanak tanır.

Yumuşak robotlar çalışmasında yer alan veriler, geleneksel elektroniklerin arıza yaptığı ortamlarda, örneğin güçlü radyasyona sahip alanlarda, afet bölgelerinde veya hatta diğer gezegenlerde düşük maliyetli, dayanıklı ünitelerin hızla konuşlandırılmasına yol açabilir. Tasarımın basitliği ve uygun fiyatlı olması göz önüne alındığında, önümüzdeki 3 ila 5 yıl içinde pratik uygulamalar ortaya çıkabilir.

Elektroniksiz 3D Baskılı Robotun Arkasındaki Ekibi Tanıyın

3D yazdırılmış robot çalışması Kaliforniya Üniversitesi, San Diego'da gerçekleştirildi. Baş yazarlar arasında Yichen Zhai, Jiayao Yan ve Michael T. Tolley yer alıyor. Makalede ayrıca Albert De Boer, Martin Faber, Rohini Gupta ve BASF California Araştırma İttifakı'nın çalışmaya katkıda bulunduğu belirtiliyor. Ek olarak, çalışma kısmen Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.

Özellikle bu ekip, yumuşak robotik teknolojisinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynadı. Grup, 2022'de elektroniksiz bir robotik tutucu tanıttı. Bu deneyim, yeni nesil elektroniksiz cihazlar yaratmalarına yardımcı oldu. Şimdi, hedefleri sıkıştırılmış gaz depolamasını dahili olarak taşımanın yollarını bulmak ve daha fazla biyolojik olarak parçalanabilir malzeme araştırmak.

3D Baskı ve Yumuşak Robotik Alanında Gelişen Önde Gelen Şirketler

Evlerde ve iş yerlerinde robot kullanımı giderek artıyor. Bu nedenle, bu pazara hakim olmak için güçlü bir talep var. Özellikle robotik ve 3D baskı pazarlarında birçok kilit oyuncu bulunuyor. Bu firmalar, işlevsel yeni nesil cihazlar geliştirmek için Ar-Ge'ye milyarlarca dolar harcadılar. İşte yenilik yapmaya ve ürün sunmaya devam eden bir şirket.

3D Systems Şirketi

3D Systems Şirketi (DDD -1.75%) 1986 yılında pazara girdi ve merkezi Kaliforniya'dadır. İlk hedefi ticari müşterilere yeni nesil 3D baskı hizmetleri sunmaktı. 3D baskıda öncü olan firma, havacılık, otomotiv, sağlık, eğlence ve endüstriyel pazarlar için prototipleme ve diğer kritik bileşenlerde önemli bir rol oynadı.

Bugün, 3D Systems, robotik uygulamaları da dahil olmak üzere katkı üretim teknolojilerini ilerletmede ön saflarda yer almaktadır. Şirketin +1,925 çalışanı vardır ve 488'te 2023 milyon dolar gelir bildirmiştir. Ayrıca şirket, yedek parça üretebilen yerel 3D yazıcılar sağlamak için Daimler Buses ile stratejik bir ortaklık imzaladı.

3D Systems Corp.'a dair son gelişmeler.

3D-Yazdırılmış Robotlar

Bu gelişmeler, yumuşak robotik evriminde bir başka ileri adımı temsil ediyor. Elektronik ihtiyacını ortadan kaldırarak ve masaüstü 3D yazıcıdan doğrudan tam işlevselliği etkinleştirerek, bu araştırma geleneksel robotların yetersiz kaldığı ortamlarda uygun fiyatlı, dayanıklı ve konuşlandırılabilir makineler için yolu açıyor. Geliştirme devam ederken, afet yardımından uzay keşfine kadar potansiyel uygulamalar geniş ve ilham verici. Bu mühendislere, robotik endüstrisinin gidişatını ileriye taşıyabilecek sıkı çalışmaları ve çabaları için güçlü bir selam.

Diğer Harika 3D Baskı Atılımları hakkında bilgi edinin şimdi.

Atıf Yapılan Çalışmalar:

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R. ve Tolley, MT (2025). Otonom yürüyen robotların monolitik masaüstü dijital üretimi. İleri Akıllı Sistemler. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}