Robotik
Ultrasound Kasları: Yumuşak Robotik’in Geleceği
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Ses Kontrollü Kasların İnşası
Tarihin büyük bir bölümünde, mekanik enerji kaslar tarafından sağlanıyordu, ister insan ister hayvan olsun. Ancak Sanayi Devrimi’nin başlamasıyla rüzgâr (yeldeğirmenleri), su (su değirmenleri ve barajlar) ve yanma (buhar makineleri, içten yanmalı motorlar) gibi kaynaklardan enerji elde edilebildi.
Ancak bu mekanik sistemler her zaman doğal hareketten bir ölçüde daha düşük kalmış, karmaşık sistemler ve bakım gerektirmiş ve buna kıyasla nispeten sınırlı bir hareket özgürlüğü sağlamıştır.
Bu hâlâ robotlar için bir sorun olmaya devam ediyor; robotlar genellikle ayakta kalabilmek için çok karmaşık elektrik motorları dizileri ve gelişmiş yazılımlara ihtiyaç duyuyor. Sorun, tamamen kontrol edilebilir ve yeterince esnek bir hareket yaratmaktır.
Bu nedenle, kas hareketi o kadar üstün bir yöntem olduğundan, bilim insanları onu elektrikle çalıştırılabilecek yapay bir varyant oluşturmayı araştırıyor. Şimdiye kadar önerilen malzemeler performans, maliyet veya üretim yöntemi açısından yetersiz kalmıştır.
Bu durum, ETH Zürich (İsviçre), Münster Üniversitesi (Almanya) ve Nebraska-Lincoln Üniversitesi (ABD) araştırmacılarının önerdiği yeni bir yapay kas tasarımı sayesinde değişebilir.
Nature adlı prestijli bilimsel dergide1, “Ultrasound-driven programmable artificial muscles” başlığıyla yayınladılar.
Ultrasonla Sürülen Kasların Nasıl Çalıştığı
Kaslar, kasın uzunluğunu artırarak veya azaltarak, bağlı olduğu kemiği çeker.
Şu ana kadar yapay kaslar bu fikri çeşitli malzeme türleriyle taklit etmeye çalıştı:
- Karbon nanotüpler
- Şekil hafıza alaşımları
- Pnömatik (hava) veya hidrolik sistemler
Bu sistemlerin hepsi ya güvenilirlik, hassas kontrol, enerji tüketimi eksikliği ya da çok yüksek maliyet sorunlarıyla karşılaştı.
“Kimyasal yöntemler genellikle toksik olabilecek yakıtlar gerektirir, ışık tabanlı sistemler sınırlı doku penetrasyonu ve potansiyel termal hasar yaşar, manyetik sistemler ise büyük donanım gerektirir ve Joule ısınması riski taşır.”
Bu çalışmadaki araştırmacılar, yapay kası kontrol etmek için yeni ve farklı bir yola, yani seslere yöneldiler.
Ultrasonun Avantajları
Robotik ya da biyomedikal implant uygulamaları olsun, ultrasonlar tamamen yıkıcı olmayan, kolay oluşturulabilen bir kontrol yöntemi avantajına sahiptir.
Ultrasonlar ayrıca kablosuz, uzaktan kontrol edilebilir, dış katmanlardan (organik dokular dahil) zararsız bir şekilde geçer ve yüksek mekânsal seçiciliğe (hedefleme) sahiptir.
Ayrıca klinik ortamda da dahil olmak üzere düşük maliyetle yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir.
Genel olarak, ultrasonlar biyomedikal ve in vivo uygulamalar için mükemmeldir, ancak özellikle yumuşak robotik olarak adlandırılan robotik gibi diğer alanlarda da kullanılabilir.
Araştırmacılar arasında ultrasonlar giderek popülerleşiyor; onlar tıbbi implantları kablosuz olarak güçlendirmek, canlı dokuları biyoyazdırmak ve biyomonitörlük için kullanıyorlar.
Yapay Kaslarda Mikrobubble Malzemeleri
Bu çalışmada, araştırmacılar doğru ultrason rezonansına maruz kaldığında malzemenin bükülmesini sağlayan, hassas bir şekilde üretilmiş mikrobubble dizisi içeren bir malzeme oluşturdu.
Kaynak: Nature
Mikrobubble dizisinin boyutu değiştirildiğinde, malzemenin belirli bir bölümü hangi ultrason frekansına tepki vereceği değişebilir.
Kaynak: Nature
Şu ana kadar, yapay kaslarda ultrason tarafından üretilen kuvvet pratik uygulamalar için çok zayıftı. Ancak bu yeni tasarım çok daha güçlü (7.6 μN/mm2) ve bu konsepti potansiyel yapay kas malzemelerinin ön saflarına taşıyor.
Yüksek çözünürlüklü bir kalıp, yumuşak litografi kullanılarak silikon wafer üzerine mikrosütun dizileriyle oluşturuldu ve silindirik mikro boşluklar için negatif kalıp görevi gördü.
Daha sonra wafer üzerine ince bir polidimetilsiloksan (PDMS) tabakası döndürerek kaplandı ve istenen mikrobubble malzemesi oluşturuldu.
Son malzeme, (3 cm × 0.5 cm × 80 μm) boyutlarında bir yapay kas oluşturdu; bu kas, boşluklarda (40 μm çap, 50 μm derinlik) 10.000’den fazla tek tip mikrobubble içeriyor.
Ultrasonla Kontrollü Hareket Oluşturma
Malzemenin farklı bölümleri farklı frekanslara tepki verdiğinden, ultrasonun modülasyonu örneğin kesin bir şekilde kontrol edilen dalgalanma hareketi yaratmak için kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca malzemenin gerçek dünyadaki etkileşimlerini test etti; bir balık larvasını yakalamak, bir bademi döndürmek veya bir çimen yaprağını hareket ettirmek için kullandılar. Ayrıca yöntem, ultrasonların ısıtma ya da olumsuz etkisi olmadan canlı organizmalar için zararsız olduğunu gösterdi.
Araştırmacılar daha sonra malzemenin organik dokuları tutturup hareket ettirmek için kullanılabileceğini test etti. Bunun için bir domuz kalbi üzerinde denediler. Ultrason kontrollü aktüatörler yapışık kaldı ve hareket etmeye devam ederek kuvveti dokuya aktardı.
Kaynak: Nature
Ayrıca malzemenin ilaç dağıtımı potansiyelini de test ettiler; ultrason, mikrobubble yamasından malzemenin salınımını tetiklemek için kullanıldı.
In Vivo Robotların Hareket Ettirilmesi
Son olarak, araştırma, dalgalanmaları sıvı ortamda hareketi kontrol edebilen bir “mini vatoz botu” oluşturdu.
Kaynak: Nature
Daha sonra vatoz botunun bir domuzun mide ve bağırsaklarına hareketini başarıyla test ettiler.
Serbest bırakıldığında, vatoz botu yaklaşık 0.8 vücut uzunluğu/saniye başlangıç hızıyla ileri itilir ve sistemin bir hayvanın iç organları içinde hareket edebilme yeteneğini gösterir.
Kaynak: Nature
Genel olarak, bu deneyler malzemenin in vivo kablosuz ve giyilebilir cihazlar için potansiyelini doğruladı.
Uygulamalar
Çalışma, bu teknolojinin en doğrudan uygulaması olabilecek potansiyel biyomedikal uygulamalara odaklandı. Yumuşak robotik, tıpta kullanılan malzemelerin entegrasyonunda giderek daha fazla kullanılmaktadır; örneğin, doğru organa kanser karşıtı ilaçlar veya diğer tedavileri teslim etmek.
Bu yöntem, en azından santimetre ölçeğine kadar daha büyük parçalara ve çok sayıda hareket serbestliği derecesine genişletilebilir.
Dolayısıyla ileride bu tür yapay kaslar robotik, esnek elektronik, giyilebilir teknolojiler, protezler, biyomedikal enstrümantasyon vb. için kullanılabilir.
Daha fazla iyileştirme bu konsepti daha da güçlü ve faydalı hâle getirebilir:
- Birleşen trapezoidal boşlukların, ayrılan şekillere göre yaklaşık 3 kat daha güçlü akış hızları üretebileceği görülüyor. Bu nedenle geometrik ve yoğunluk optimizasyonu, özelleştirilmiş deformasyon profilleriyle aktüatörler yaratabilir.
- Konfokal bir ses kaynağı, daha güçlü deformasyon ve yapay kasın belirli bir bölümüne daha hassas hedefleme sağlayabilir.
- Hidrojel ve biyobozunur polimerler de daha fazla biyomedikal uygulama için kullanılabilir.
Kaydırarak kaydır →
| Uygulama Sektörü | Kullanım Örneği | Benimsenme Potansiyeli |
|---|---|---|
| Yumuşak Robotik | Esnek kavrama aparatları ve yürüyen robotlar | Yüksek |
| Biyomedikal İmplantlar | İç dokular için kablosuz aktüasyon | Çok Yüksek |
| İlaç Dağıtımı | Ultrason tetiklemeli salım mekanizmaları | Yüksek |
| Giyilebilir Cihazlar | Akıllı yamalar ve dokunsal geri bildirim sistemleri | Orta |
| Protezyonlar | Gerçekçi hareket için yapay kas entegrasyonu | Yüksek |
Sağlık Teknolojisine Yatırım
PHG Fiyat Grafiği
Philips, tıraş makineleri, elektrikli diş fırçaları gibi küçük tüketici elektroniği ürünleriyle tanınan bir marka olup, sağlık alanında da eşit derecede aktiftir. Örneğin, 2022 yılında Avrupa’da MedTech patent başvurularında #1 konumundaydı ve sonraki yıllarda ilk 3 içinde yer aldı.
Giyilebilir cihazlardan görüntüleme sistemlerine, respiratörlerden tıbbi robotlara kadar bağlantılı tıbbi ürünlerde aktiftir.
Şirket ayrıca yarı iletkenlerde (manyetik levitasyon teknolojisi dahil) ve yüksek teknoloji/robotik/otomasyon alanlarında da aktiftir; bu faaliyetlerin hepsi ortak bir teknolojik temeli paylaşır.
Kaynak: Philips
Philips, kardiyak, solunum ve aktivite ölçümleri için giyilebilir cihazlar sunar. Sensörleri akıllı saatlere, sağlık monitörlerine, tıbbi yamalara ve aktivite takipçilerine entegre edilebilir.
Philips’in biyouyumlu sensörler, yarı iletkenler ve kablosuz çözümler konusundaki uzmanlığı, ultrasonu kullanan ileri tıbbi implantlarda lider konuma getirebilir.
Tıbbi cihazlar için Philips, üçüncü tarafların bağlantılı IoT (Nesnelerin İnterneti) tıbbi cihazlarını Philips’in diğer çözümleriyle tam uyumlu şekilde geliştirdiği bir ortaklık çözümünü tercih eder. Bu bağlamda, müşterilerine prototipleme, düzenleyici danışmanlık, uçtan uca ürün geliştirme ve endüstriyel ölçekli üretim sunar.
Bu durum Philips’i teknoloji odaklı bir şirket ve yeni yenilikleri mevcut tıbbi cihazlara hızlıca entegre edebilecek muhtemel bir aday hâline getirir. Toplamda Philips’in cihazları doğrudan 1,8+ milyar insanı etkiliyor.
Şirket, sensörlerin cihazlarla eşleştiği ve çoklu bağlantı çözümleriyle Philips HealthSuite Cloud çözümüne entegre edilerek derin veri analitiğine olanak tanıyan tam entegre bir dijital sağlık ortamı yaratmak istiyor.
Kaynak: Philips
MedTech sektörü tedarikçisi olarak, genellikle diğer markalar için üretim yapan Philips, sektörde diğer daha önde gelen şirketler kadar görünür değildir. Ancak, yüksek performanslı elektronik cihazlar ve sensörler üretmede uzmandır ve genellikle sağlık ve giyilebilir cihazlar alanındaki nişinde mümkün olanın sınırlarını zorlar.
Giyilebilir cihazlar ve tıbbi elektroniklerin sağlık hizmetleri ve tıbbi protokollere giderek daha fazla entegre olmasıyla, Philips’in Healthcare segmenti grup içinde muhtemelen büyüyecek.
Son Koninklijke Philips N.V.( PHG) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri
Referans Çalışma
1. Shi, Z., Zhang, Z., Schnermann, J. et al. Ultrasound-driven programmable artificial muscles. Nature 646, 1096–1104 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09650-3
