Hidrojel Manipülasyonu Modern Robotiklerin Çevikliğini ve Çok Yönlülüğünü Artırabilir

A new çalışma published in the scientific journal, Physical Review Letters, reveals a “microscopic phenomenon” that enables hydrogel to contract faster. The discovery, called Continuum Poroelastic Theory, could have major implications for many industries, including soft robotics. It could hold the key to making these devices lighter and more agile. Here’s what you need to know.

Hidrojel

Hydrojel, sık polimer zincirlerinden oluşan esnek, su geçirmez bir malzemedir. Bu zincirler sıvıları emebilir ve verimli bir şekilde tutabilir. Bu durumda hidrojel büyük ölçüde sudan oluşur. Hidrojeller daha sonra depolanan sıvıları serbest bırakabilir ve uyarı altında büzülür. Bu uyarı, pH değişiklikleri gibi kimyasal ya da sıcaklık ya da alan değişiklikleri gibi atmosferik olabilir.

Hidrojel yumuşak, esnek özelliklere sahiptir ve saç jölesi, diş macunu, kozmetik ve diğer su ağırlıklı çözeltilerde bulunabilir. Ayrıca sağlık bakımında yara pansumanı, yanık bakımı ve daha fazlası için yaygın olarak kullanılır. Robotlar için, plastik gibi daha ağır alternatiflerin güvenilir bir yerine geçebilir.

Hidrojel Uyumsuz Robotları Yükseltir

Uyumsuz ya da yumuşak robotlar, çeşitli bükülebilir malzemelerden üretilir ve benzersiz görevleri yerine getirmelerini sağlar. Bu amaçla tasarlanmış cihazlar dar alanlara sığabilir, karmaşık harabelerde dolaşabilir ve hatta ilaç dağıtımına yardımcı olabilir. Araştırmacılara göre, hidrojeller gelecekte yumuşak robotlarda kauçuk ve hidrolik bileşenlerin yerini alabilir.

Yumuşak robotların, katı muadillerine göre belirli uygulamalarda büyük bir avantajı vardır. Birincisi, basınçlarını daha geniş bir alana dağıtarak daha yumuşak bir dokunuş sağlayabilirler. Bu avantajlar, neredeyse her ortama uyum sağlama yeteneğiyle birleştirildiğinde, yumuşak robotlar belirli görevler için birincil çözüm haline gelir.

Mevcut Sistemler

Robotik endüstrisinde hidrolik ve pnömatik sistemler şu anda hakim durumdadır. Güvenilirdir ve onlarca yıldır çeşitli şekillerde kullanılmaktadır. Ancak, özellikle miniaturize ve uyumsuz robotik söz konusu olduğunda bu sistemlerin önemli dezavantajları vardır.

Örneğin, şekil değiştirmek için bu sistemlere güvenen uyumsuz robotlar hortum, hat ve pompa gibi bileşenleri entegre etmek zorundadır. Bu öğeler mikroskobik seviyelerde neredeyse imkânsızdır. Ölçek büyütüldüğünde bile, her pompa ve hortum bu küçük cihazlara ağırlık ekler. Ağırlık, bir robotun batarya ömrünü, hareket kabiliyetini ve daha fazlasını azaltır. Sonuç olarak, araştırmacıların hidrojel keşfi, robotların daha fazla çok yönlülükle çalışmasına, ağırlığın optimize edilmesine ve yeni kullanım senaryolarının mümkün olmasına yardımcı olabilir.

Kırılma noktalarının, uyumsuz robotik alanını geleceğe taşıyarak daha fazla verimlilik, çeviklik sağlayacağını ve ağırlığı azaltacağını düşünüyorlar. Hidrojeller, birçok sebeple kauçukların yerini alabilir. Ana faydalar, daha hafif olmaları ve hidrolik ya da pnömatik sistemlere ihtiyaç duymamalarıdır. Böylece yumuşak robotların inşası daha az karmaşık hâle gelir.

Mikroskobik Fenomen

Araştırmacılar, hidrojellerin çeşitli koşullar altında genişleme ve büzülmesini incelerken öğrenilen bir mikroskobik fenomeni keşfettiklerini açıkladılar. “Continuum Poroelastic Theory” (Süreklilik Poröelastik Teorisi), mikrorobotik için tüm gereksinimleri karşılayan hidrojel odaklı bir çözüm sunar. Hafif, güvenilir, kontrol edilebilir ve mevcut seçeneklerden daha kolay üretilebilen bir yapıdır.

Hidrojel Araştırma Detayları

Araştırmacılar, ince bir hidrojel film tabakası oluşturarak başladılar. Bu gözenekli katman, belirli koşullar altında su ve iyonların serbestçe geçişine izin verdi. İlk gözlemlenen anormallik, jel difüzyoforezi olarak bilinen bir sürecin jelin osmotik basıncında ani bir artışa neden olmasıydı. Difüzyoforez süreci, iyonlar tanıtıldığında hidrojelin anında şişmesine yol açtı.

Özellikle, hidrojel sıvıyı dağıttıktan sonra orijinal boyutuna küçülür. İyonla zenginleştirilmiş hidrojeller, orijinal yöntemlere göre yüzlerce kat daha hızlı genişleyip büzülmüştür. Ayrıca veriler, difüzyoforetik şişme yönteminin çok daha verimli olduğunu ortaya koymuştur.

Artan Çeviklik

Araştırmacılar, keşfin yumuşak robotların daha çevik olmasına yardımcı olabileceği için heyecanlı. Örneğin, insan ellerinin çevikliği ve becerikliliğiyle bir robotik el yaratmak hedefleniyordu. Ekip, bu keşfin bunu mümkün kılacak hayati bir adım olabileceğini düşünüyor. Başarılı olursa, yumuşak robotlar önümüzdeki yıllarda insan temaslı birçok görevi üstlenecek.

Daha Büyük Robotlar

Başka bir büyük keşif, hidrojelin daha büyük yumuşak robotlar üretmek için kullanılabileceğidir. Şu anda, çoğu yumuşak robot mikroskobik boyutlarla sınırlıdır. Hidrojelin eklediği güç ve azalttığı ağırlık, bu cihazların bir santimetre kadar büyütülmesini sağlar. Özellikle, küçük robotların verimliliği artırmak için sürüler halinde çalışması yaygındır.

Hidrojel Yumuşak Robotlar için Gerçek Dünya Uygulamaları

Yumuşak robotlar için birçok gerçek dünya uygulaması vardır. Bugün bu cihazlar meyve toplama, depo sınıflandırma gibi görevlerde kullanılmakta ve gelecekte sağlık hizmetlerinde görev alacaktır. İşte yumuşak robotik teknolojisinin etkili olduğu başlıca sektörler.

Üretim

Yumuşak robot entegrasyonlarının en önde gelen sektörü üretimdir. Burada, konveyör bantlarda kullanılan el benzeri cihazlar bulunur. Bu birimler hassas nesneleri alıp paketlemeye ya da belirli kategorilere ayırmaya koyabilir. Gelecekte bu robotlar, gelişmiş sensörler ve yapay zeka sayesinde aldıkları nesneyi “hissedebilecek”.

Arama ve Kurtarma

Yumuşak robotlar, doğal afetlerde hayatta kalanları bulmada hayati bir rol oynayabilir. Enkazın kurtarma çabalarını engellediği ve büyük felaketlerden sonra ek ölümlere yol açtığı sıkça görülür. Uyumsuz robotlar, afet bölgelerinde yılan gibi hareket ederek gelişmiş sensörlerle hayatta kalanları daha hızlı tespit edebilir. Bu robotlar, hayatta kalanların iletişim kurmasına yardımcı olabilir ve gerektiğinde hayati öneme sahip malzemeleri teslim edebilir.

Keşif

Uyumsuz robotlar keşfi de daha verimli hâle getirebilir. Robotlar, derin uzay ve deniz keşiflerinin geleceğidir. İnsanlardan daha derine inebilir, daha uzağa seyahat edebilir ve daha değerli veriler sağlayabilir. Özellikle yumuşak robotlar, basınca uyum sağlayabildikleri için okyanus derinlikleri gibi daha önce görülmemiş yerlere erişebilir ve yeni bilimsel alanlarda araştırma çabalarını ilerletebilir.

Sağlık Hizmetleri

Yumuşak robotların birçok sağlık uygulaması vardır. Bu cihazlar ilaç dağıtımına, hastalıkla mücadeleye, su arıtımına ve daha fazlasına yardımcı olabilir. Biyo-robotik alanı, çekirdek bileşenlerinin bir parçası olarak canlı doku kullanan yenilikçi hibrit makineler üretmeye devam ediyor. Bu cihazlar, giyen kişi tarafından fark edilmeyen protezler ve diğer yaşamı iyileştiren geliştirmelerle milyonlarca insanın yaşamını bir gün artırabilir.

Önde Gelen Robotik Şirketler

Robotik endüstrisi, Boston Dynamics gibi sadece birkaç ana oyuncunun hâkim olduğu hızlı bir pazardı. Bugün, pazar çok daha fazla seçenek sunuyor ve çeşitli alanları kapsıyor. İşte hidrojelleri kullanarak ürünlerini geliştirebilecek bazı robotik firmalar.

1. Intuitive Surgical

ISRG Fiyat Grafiği

Intuitive Surgical (ISRG ), robotik sağlık pazarının öncülerindendir. Bu benzersiz firma, cerrahi asistanlar, Da Vinci ve Ion gibi çeşitli ürün ve hizmetlerle öne çıkar. Bu yüksek teknoloji çözümler, minimal invaziv cerrahileri destekler. Özellikle, en yeni Da Vinci yükseltmesi, cerrahların kesileri geri bildirim yoluyla hissetmesini sağlar ve daha fazlasını sunar.

Intuitive Surgical, herhangi bir portföye güçlü bir ek olarak görülür. ABD merkezli firma, NASDAQ-100 ve S&P 500 içinde yer alır. Ayrıca hizmetleri yüksek talep görmektedir. Şirket, uluslararası olarak +8.600 Da Vinci sisteminin konuşlandırıldığını listeler. Sonuç olarak, Intuitive Surgical robotik alanında küresel bir teknoloji lideri olarak tanınmıştır.

2. UiPath

PATH Fiyat Grafiği

UiPath (PATH ), robotik süreç otomasyonu (RPA) yazılımı firmasıdır. Şirket, robotların tekrarlayan görevleri öğrenmesini ve ardından insan eşdeğerlerinden devralmasını sağlayan programlar geliştirir. Romanya’da kurulmuş ve büyüdükçe New York’a taşınarak büyük bir pazar rakibi haline gelmiştir. Bugün, dünya çapında lider RPA yazılım sağlayıcısıdır.

UiPath, tutarlılığı ve performansı sayesinde pazarda öncü konuma geldi. Şirket, Canon, EY, VITAL ve TQL gibi yüksek profilli müşteriler için hizmetlerinin işletme faaliyetlerini kolaylaştırdığını defalarca kanıtladı. Ayrıca, şirket Forbes’ta çeşitli özelliklerle yer alıyor. Tüm bu faktörler UiPath’i izlenmesi gereken bir hisse hâline getiriyor.

Yumuşak Robotlarla İlgili Sorunlar

Yumuşak robotların büyük ölçekli benimsenmesi için aşılması gereken bazı sorunları vardır. Birincisi, katı muadillerinin sağlam dayanıklılığı ve performansına sahip olmamalarıdır. Ayrıca, sınırsız hareket derecesine sahip robotların kontrolü konusunda da endişeler vardır. Bu cihazların hareketlerini modellemek çok yenilik ve zaman gerektirir. UiPath gibi şirketler, gelecekte yumuşak robot kontrol sistemlerinin geliştirilmesinde giderek daha kritik bir rol oynayacaktır.

Araştırmacılar

Çalışma, Virginia Tech fizikçisi C. Nadir Kaplan ve doktora adayı Chinmay Katke liderliğindeki bir araştırmacı ekibi tarafından yürütülmüştür. Özellikle, bu ikili Hollanda’daki Radboud Üniversitesi’nden Profesör C. Nadir Kaplan ve Peter A. Korevaar tarafından desteklenmiştir.

Hidrojel Yumuşak Robotları Daha Faydalı Hale Getirebilir

Hidrojel keşfinin arkasındaki ekip, yumuşak robotları daha faydalı hâle getirmenin anahtarını ortaya çıkarmış olabilir. Hidrojeller, kauçuk, hidrolik, aktüatör ve diğer daha ağır, daha karmaşık alternatiflerin yerini alabilir. Bu nedenlerle, bu araştırma gelecekte takip edilmesi gereken büyük bir atılım olarak değerlendirilebilir.

Diğer ilginç robotik projalar hakkında şimdi öğrenin.