Çekirgelerden ilham alan yeni malzeme, enerjiyi depolar ve bir kerede kullanır.
Süper insanlar gerçek dünyada yoktur, ancak bir gün süper robotlar görebilirsiniz. Açıktır ki, insanlardan daha güçlü, daha hızlı ve daha iyi robotlar yapılabilir, ancak onları ne kadar iyi yapabileceğimizin bir sınırı olduğunu düşünüyor musunuz?
Malzeme bilimi ve yumuşak robot biliminde süregelen gelişmeler sayesinde, bilim insanları artık geleceğin robotlarının insan dışı biyolojinin sınırlarını zorlamasına olanak sağlayabilecek yeni teknolojiler geliştiriyorlar. Örneğin, Colorado Boulder Üniversitesi'ndeki bir araştırma ekibi yakın zamanda, kendi kalınlıklarının 200 katı üzerine zıplayabilen yumuşak robotlara yol açabilecek bir malzeme geliştirdi. Dünyanın en şaşırtıcı zıplayıcılarından biri olan çekirgeler, vücut uzunluklarının ancak 20 katı kadar havaya sıçrayabilirler.
Böceklerden daha iyi performans göstermesine rağmen, kauçuk benzeri zıplayan malzemenin arkasındaki araştırmacılar, çekirgelerden ilham aldıklarını söylüyorlar. Böceğe benzer şekilde, malzeme bölgede büyük miktarda enerji depolar ve ardından bir sıçrama yaparken hepsini bir anda serbest bırakır.
Tesadüfen keşfedildi
Kauçuk benzeri film, çapraz bağlı polimer ağlardan oluşan özel malzemeler olan sıvı kristal elastomerlerden (LCE'ler) oluşur. Bunlar, elastomerlerin (lastikler, yapıştırıcılar ve yumuşak robotlar yapmak için kullanılır) ve sıvı kristaller (TV ekranları, yapay kaslar ve mikrobotlar yapmak için kullanılır) özelliklerini sergiler ve farklı dış uyaranlara oldukça duyarlıdır. Genel olarak, LCE'ler geleneksel elastomerlerden daha güçlü, daha esnek ve daha iyi aktüatörlerdir.
Çalışmanın ilk yazarı Tayler Hebner ve meslektaşları LCE'leri ve şekil değiştirme yeteneklerini inceliyorlardı. O zamanlar zıplayan bir robot yaratmaya niyetleri yoktu ama LCE'lerin ilginç bir davranışını gözlemlediler. "Sıvı kristal elastomerin sıcak plaka üzerinde oturmasını izliyorduk ve neden beklediğimiz şekli vermediğini merak ediyorduk. Hebner bir haber bülteninde, aniden test aşamasından tezgahın üzerine atladı.
Sıcak yerle temas ettiğinde, malzeme önce eğildi ve ters döndü ve ardından sonraki altı milisaniye içinde aniden havada kalınlığının yaklaşık 200 katı yüksekliğe sıçradı.
Araştırmacılar, LCE'lerin çekirge benzeri malzemenin gelişmesine yol açan ısıya duyarlı olduğunu fark ettiler. Çalışmaya dahil olmayan Waterloo Üniversitesi'nde malzeme bilimi uzmanı olan Hamed Shahsavan, bu bulgular hakkında yorum yaparken Ars Technica'ya şunları söyledi: "LCE'ler tipik olarak ısıya veya ışığa duyarlıdır. Bu çalışma aynı zamanda LCE'lerin deformasyonu ve sıçraması için gereken enerjiyi üretmek için ısı kullanıyor."
Malzemeyi zıplatan nedir?
Araştırmacılara göre çekirge benzeri malzeme, üç elastomer katman ve sıvı kristallerden oluşuyor. Malzeme ısıtıldığında, elastomer tabakalar büzülmeye başlar, ancak büzülme hızı, alt tabakadan daha az rijit olan üst iki tabakada daha hızlıdır. Bu sırada sıvı kristaller de büzülmeye başlar. Bu orantısız değişimler sonucunda robotun gövdesinin arka tarafında bacakların yanında koni benzeri bir oluşum ortaya çıkıyor.
Robotun dört köşe kenarına bağlı dört bacağı vardır: önde iki kısa bacak ve arkada iki uzun bacak. Araştırmacılara göre, kısa bacaklara kıyasla, daha uzun arka bacaklar daha yüksek bir temas noktası sunarak, geçme kuvvetinin malzemeyi istenen açıda kaldırmasına neden oluyor.
Konide büyük miktarda enerji depolanır ve bu, filmde mekanik kararsızlığa yol açar. LCE daha fazla ısıtıldığında, koni biçimli oluşum hızla tersine döner ve malzeme havaya fırlar. Çalışma yazarları, “LCE'lerin her birindeki eşmerkezli oryantasyon paketi, yönlü bir şeklin bir koniye dönüşmesini programlar. Bununla birlikte, LCE'nin tepkisindeki ve malzemelerin mekanik özelliklerindeki varyasyonun, bağımsız bir filmde bir çıtçıt olarak ortaya çıkan geçici bir istikrarsızlığa yol açtığı gösterildi."
Araştırmacılar, atlama malzemelerinin konfigürasyonunu, ısıtma yerine soğutmaya sıçrayacak şekilde değiştirebileceklerini iddia ediyorlar. Ayrıca, bacaklarının hizasını değiştirerek malzemenin sıçradığı yönü kolayca kontrol edebilirler. Shahsavan, bu tür LCE'lerin çeşitli mobil yumuşak robotlar ve cihazlar yapmak için kullanılabileceğini öne sürüyor.
"Bu çalışmada gösterilen atlama mekanizmasını sınırlamak, küçük ölçekli yumuşak robotların yük taşıma işlevselliği için toplanabilecek büyük miktarda enerji çıkış yoğunluğu sağlıyor. Sıçrama, küçük robotların engebeli arazilerde hareket etmesi için doğrudan veya yürüme, emekleme, yavaş yavaş ilerleme gibi diğer hareket mekanizmalarına yardımcı bir mekanizma olarak da kullanılabilir.
LCE'ler yaklaşık 42 yıl önce Heino Finkelmann adlı bir kimyager tarafından keşfedildi, ancak bu muhtemelen bilim adamlarının olağanüstü atlama becerilerini ilk kez fark etmeleridir. Ortaya çıkan çekirge benzeri malzeme, yumuşak robotlar için güçlü bir hareketlilik aracı sağlayabilir.
Tags:
Bilim ve Keşif