Robotik
‘Sticky Metal’ Robotik, Enerji Depolama ve Biyotek Çözümlerinde Geniş Uygulamalara Sahip Olabilir
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Yapışkan Metal Yumuşak Robotik İçin
Robotik alanındaki gelişmelerin sürekli karşılaştığı bir sorun, gerçek dünya ile başa çıkabilecek robotlar ve sistemler geliştirmektir. Bu genellikle tamamen mekanik yapıların yerine esnek ve “yumuşak” parçalar gerektirir.
Farklı yaklaşımlar deneniyor. Özellikle, daha önce bir tanesini rapor etmiştik: yeni manyetik malzeme oluşturarak sözde “yumuşak robotik” yaratmak, bu konuyu ayrıntılı olarak Manyetik Jel Kapsüller Hem Robotik Hem de Tıbbı İlerletebilir başlıklı makalemizde tartıştık.
Bununla birlikte, başka bir yaklaşım metal ve yumuşak parçaları birleştirmek olurdu. Tarihsel olarak bu zor olmuştur; metal-organik birleşimler ana sorun olmuştur.
Bu sorun, Maryland Üniversitesi, ABD’de çalışan araştırmacılar Wenhao Xu, Faraz A. Burni ve Srinivasa R. Raghavan tarafından çözülmüş olabilir. Çoğu yumuşak malzeme (hidrojeller, kaslar ve bitkiler gibi) ile güçlü ve dayanıklı bir birleşim oluşturabilen bir tür “yapışkan metal” geliştirdiler.
Yapışkan Metal Nasıl Çalışır
Bu keşif, araştırmacıların “sert‑yumuşak elektroaderisyon (EA)” olarak adlandırdığı yeni bir prensibe dayanıyor.
Nasıl çalıştığını tam olarak açıklamaya çalışıyorlar, ancak şu ana kadar bildikleri şudur.
Sadece Bazı Metaller EA Özellikleri Gösterir
Tüm metaller EA için kullanılabilir değildir. EA gösteren metaller pozitif redüksiyon potansiyeline sahipken, göstermeyenler negatif redüksiyon potansiyeline sahiptir.
Yapışmayan metaller, anotta ilk olarak oksitlenenlerdir. Bu metalin oksidasyonu (elektroliz) diğer rekabet eden süreçlerin üzerine baskın çıkar, bu da yapışmanın olmamasını açıklar.
Aksine, yapışan metaller nispeten inerttir ve jel ağının polimer zincirlerinin anotta önce oksitlenmesine izin verir.
Bu, titanyum, çinko, demir ve nikel gibi yaygın metallerin dışlanmasını sağlar ve bu da EA’nın şimdiye kadar keşfedilmemesini açıklayabilir. Ancak, bu hâlâ kalay, kurşun, bakır gibi yaygın ve ucuz metallerin yanı sıra grafiti (metal değildir, saf karbon) içerir. Dolayısıyla bu bir sınırlama gibi görünse de, robotik uygulamalarda kullanımını engellememelidir.
Nasıl Çalışıyor?
EA, metal üzerine akım uygulandığında oluşur.
Teori, yumuşak malzemenin (jel veya diğer) oksidasyonunun metal ile polimer zincirleri arasında kimyasal bağlar oluşturduğudur. Bu kimyasal bağlar metal ile yumuşak malzeme arasında güçlü bir birleşim yaratır ve güçlü bir yapışma sağlar.
İşlem, ters bir akım uygulanarak da kolayca tersine çevrilebilir. Bu, indirgen kimyasal koşullar yaratır ve kimyasal bağları “çözer”, yapışmayı ortadan kaldırır.
Bu teori, hidrojel üzerinde meydana gelen herhangi bir değişikliğin yalnızca metal ile temas yüzeyinde gerçekleştiğini gösteren deneylerle desteklenmektedir.
Ayrıca, kimyasal bağın tam doğası ve özelliklerinin, metal ve yumuşak malzemenin ilgili kimyalarına bağlı olarak değişeceği görülmektedir.
Yapışkan Metal Neye Yapışabilir?
Yayınlanan bilimsel makale, çoğunlukla çeşitli hidrojel tiplerine yapışmaya odaklanıyor, çünkü bunlar modifiye edilip deney yapılabilecek iyi bir malzeme.
Bununla birlikte, prensipler hayvan kasları veya hatta domatesler gibi birçok başka malzemeye de uygulanabilir. Genel olarak, yumuşak malzeme için tek gereklilik iyonik iletken olmasıdır; bu durum neredeyse tüm biyolojik dokularda geçerlidir.
Aynı derecede etkileyici bir şekilde, EA su altında da gerçekleşebilir; burada yapışma elde etmek çok zor bir iştir.
Yapışkan Metallerin Olası Uygulamaları
Robotik Kavrama
EA’nın ilk ve muhtemelen en acil uygulaması, robotlar için daha iyi kavrayıcılar geliştirmektir. Nesneleri düşürmeden veya ezerek püre haline getirmeden doğru bir şekilde tutmak, robotlar için sürekli bir sorun olmuştur.
EA, bir robot parmağının parmak, el, eklem veya diğer karmaşık ve belirli şekillere sahip olmasını gerektirmez. Bu, mevcut kullanılan yöntemlere göre daha ucuz, daha verimli ve daha güvenli alternatiflerin yolunu açabilir.
Kaynak: Corteva
Piller
Verimli ve kolay üretilen piller, elektrikli araçlar ve enerji karışımındaki yenilenebilir enerjinin artışı nedeniyle yüksek talep görmektedir. Çoğu pil, iki sert metalik (veya grafit) katı anot ve katodu bir elektrolit ile birbirine bağlamaya dayanır.
Çoğu zaman, elektrolit iyon iletken bir çözücüde jel formundadır.
Bu nedenle, Maryland Üniversitesi araştırmacıları EA’yı kullanarak yeni bir pil tipi oluşturup oluşturamayacaklarını test ettiler.
Elektrotlar için bakır ve çinko kullandılar ve 0,9 V’luk bir pil üretmeyi başardılar.
Bu, pil uzmanları dışındaki bir ekip tarafından yapılan sadece bir kavram kanıtıydı. Ancak, aynı prensipler kullanılarak esnek ve şarj edilebilir piller üretilebileceğini düşünüyorlar. Bu, yeni bir pil üretim yöntemi için kapıyı açabilir.
Yumuşak Robotik
Daha önce belirtildiği gibi, robotik mühendisleri uzun süredir robotların sert ve yumuşak bileşenleri karıştırmasını, hayvanların hem sert kemiklere hem de yumuşak kas ve dokulara sahip olmasını taklit etmeyi hayal ediyorlar.
Bu amaçla EA’nın nasıl kullanılabileceğini göstermek için ilkel bir test yapıldı. Bunun için sert bileşenler (grafit plakalar) ve yumuşak bileşenler (hidrojel) karıştırılarak “yük taşıyan sert‑yumuşak yapı” oluşturuldu.
Yük arttıkça, yapı önce yükü taşıdı ve ardından bükülmeye başladı. Ağırlık kaldırıldığında, jel sütunlar orijinal durumuna geri çekildi ve üst levha yukarı doğru hareket etti.
Sert elemanlar tek başına sıkıştırılamaz veya deforme olamaz, oysa yumuşak elemanlar tek başına bir yük tarafından ezilebilir. Ancak kombinasyon, bir yükü esnek bir şekilde zarar görmeden taşıyabilir.
Sıkıştırılabilir ve “geri itebilir” olması sayesinde, bu sistem hassas bir şekilde çevresiyle etkileşebilen aktüatörler ve robotlar üretmek için kullanılabilir.
Su Altı Yapıştırıcı
Su açısından zengin bir ortamda veya su altında bir şeyi yapıştırmak teknik bir zorluk olabilir. Yapıştırıcı bağlar genellikle çevredeki su moleküllerinden etkilenir ve çoğu durumda gerekenin altında kalır.
Burada, yapışma, jel ve metal bir akım altında temas ettiğinde devreye giren bir elektrokimyasal olgudur. EA gerçek kimyasal bağa dayandığı için çevredeki sudan etkilenmez.
Protezler ve İmplantlar
Yapışkan metalin bir diğer potansiyel kullanımı biyomedikal uygulamalardır. Metalin insan vücudu ile uyumluluğu, metal implantların kullanımında her zaman bir sorun olmuştur. Metalin yumuşak dokulara zarar vermeden bağlanması zor bir süreçtir.
Eğer implantlar veya uzuv değişimi gibi protezler yumuşak dokulara yapışacak şekilde tasarlanabilirse, çok daha fonksiyonel ve pratik hale gelebilirler. Bu, hastaların yaşam kalitesini de önemli ölçüde artırabilir.
Görsel RAEng_Publications kaynak Pixabay
Ve süreç, bir elektrik akımıyla kolayca tersine çevrilebildiği için, yapışkan implantların da değiştirilmesi veya çıkarılması çok daha kolay olacaktır.
Yapışkan Metal ile İleri Uygulama
Sert‑yumuşak ElektroAdersiyon (EA), birçok olası uygulamaya sahip dikkat çekici bir keşiftir.
Sadece neredeyse tüm iyonik jeller ve organik dokular (su ve tuz içeren hemen hemen her şey) ile çalışmakla kalmaz, aynı zamanda kalay, bakır ve hatta grafit gibi ucuz temel metallerle de kullanılabilir. Bu düşük maliyetli malzemeler sayesinde, herhangi bir endüstriyel uygulama maliyet açısından rekabet edebilir.
Bu, özellikle et, meyve ve sebze gibi gıda ürünleri için daha iyi kavrayıcılarla başlayarak robotik alanını tamamen değiştirebilir. Ardından, sert ve yumuşak/esnek parçaları karıştıran gerçek yumuşak robotların yaratılmasına olanak tanır.
Ayrıca, vücut protezleri ve implantlarıyla çok daha kolay bağlantılar sağlayarak bizi gerçek sibernetik teknolojiye bir adım daha yaklaştırabilir.
Son olarak, robotik ve protezlerin ötesinde uygulamaları olabilir; potansiyel olarak yeni pil türleri ve su altı & tersine çevrilebilir yapıştırıcılar yaratabilir.
