Kendi Kendini Düzenleyen Yumuşak Robotik Sistemlerde Kullanılan “Sürüleşme” Tekniği
Kuşlar veya balıklar sürü halinde hareket ettikleri zaman, her biri konumunu diğerlerine göre koordine eder, böylece sürü daha büyük, tutarlı bir birim olarak hareket eder. Diğer yandan ateşböcekleri zamansal davranışlarını koordine eder: bir grup içinde, sonunda hepsi aynı anda yanıp söner ve böylece senkronize osilatörler (sinyaller vererek )olarak hareket ederler.
Bununla birlikte, çok az varlık hem konumsal hareketlerini hem de içsel zaman saatlerini koordine eder; sınırlı örnekler, eşzamanlı olarak uzayda sürülen ve zaman içinde salınan “sürü” 1 olarak adlandırılır. Japon ağaç kurbağaları örnek sürülerdir: her kurbağa, bir gruptaki diğer tüm kurbağalara göre hem konumunu hem de halk arasında söylenen vraklama oranını değiştirir.
Dahası, kurbağalar vrakladıkları zaman şekil değiştirirler: ağızlarının altındaki hava kesesi şişer ve ses çıkarmak için söner. Bu koordineli davranış, çiftleşme sırasında önemli bir rol oynar ve bu nedenle kurbağaların hayatta kalması için hayati önem taşır. Sentetik alanda, bireysel birimlerin mekânsal birleşimleri, zamansal salınımlarını ve morfolojik değişikliklerini eşzamanlı olarak senkronize ettiği neredeyse hiç malzeme sistemi yoktur. Bu tür son derece kendi kendini organize eden malzemeler, düzenli, tekrarlanan bir işlevi yerine getirmek için formlarını bir araya getiren ve birlikte değiştiren kendiliğinden hareket eden yumuşak robotlar oluşturmak için önemlidir.
Pittsburgh Üniversitesi Swanson Mühendislik Okulu’ndaki kimya mühendisleri, kendine özgü bir dinamik kendi kendine organize eden, kendiliğinden salınan esnek malzemelerden oluşan bir sistem tasarladılar. Sürüleşme davranışını sergilemenin yanı sıra, bileşen malzemeleri, sıvı dolu bir odada etkileşime girdikçe genel şekillerini karşılıklı olarak uyarlar. Bu sistemler, işbirlikçi, kendi kendini düzenleyen yumuşak robotik sistemlerin üretilmesinin önünü açabilir.
Fotoğraf : Pasif bir tabakanın kendi kendine salınımları. Tabakanın merkezi katalitik yama boyunca ileri ve geri salınır .
Kendiliğinden salınan malzemeler periyodik olmayan bir sinyali malzemenin periyodik hareketine dönüştürür. Bu çalışmada bilgisayar modeller kullanarak, ilk olarak, kimyasal reaktiflerin periyodik olmayan bir girişine cevap veren, konum, hareket ve şekildeki salınım değişikliklerine kendiliğinden maruz kalan çözümde mikron ve milimetre boyutlu esnek levhalar tasarlandı. Örneğin, başlangıçta tek bir düz tabaka mikro bölmede eşzamanlı olarak ileri geri salınan dalgalı bir balık kuyruğunu andıran üç boyutlu bir şekle dönüşür. Esnek tabakaların kendi kendine salınımları, akışkan bir odadaki katalitik reaksiyonlarla güçlendirilir. Tabakanın ve haznenin yüzeylerindeki reaksiyonlar karmaşık bir geri besleme döngüsü başlatır: reaksiyondan gelen kimyasal enerji, esnek tabakaları taşıyan ve deforme eden sıvı akışına dönüştürülür. Yapısal olarak gelişen tabakalar, tabakaları deforme etmeye devam eden sıvının hareketini etkiler.
Çalışmada ikinci tabakada titreşimli yapılar arasında yeni kendi kendine örgütlenen biçimler gözlendi. Özellikle, iki tabaka, sadece konumlarını ve zamansal titreşimlerini koordine etmek için değil, aynı zamanda karşılıklı şekil değişikliklerini senkronize etmek için sıvı yoluyla iletişim kuran bağlı osilatörler oluşturur. Bu davranış, göreceli mekansal konumlarını koordine eden ağaç kurbağası sürülerine ve kurbağanın şeklindeki periyodik bir değişikliği zamanına benzer.
Video : İki aktif tabakanın otonom bağlı salınımları. Tamamen kaplanmış iki tabaka başlangıçta yama çevresinde simetrik konumlara yerleştirilir.
Karmaşık dinamik davranış, biyolojik sistemlerin kritik bir özelliğidir. Madde sadece bir araya gelip hareket etmeyi bırakmaz. Benzer şekilde, bu levhalar daha büyük, kompozit bir dinamik sistem oluşturmak için uygun zaman ve konumda bir araya gelir. Dahası, bu yapı kendi kendini düzenler ve tek bir yaprağın tek başına gerçekleştiremediği işlevleri yerine getirebilir.
İki veya daha fazla tabaka için, kolektif zamansal salınımlar ve konumsal davranış, farklı tabakaların boyutunu veya tabakadaki katalizör kaplamasının desenini değiştirerek kontrol edilebilir. Bu varyasyonlar, salınımların göreceli fazı üzerinde kontrol sağlar, örneğin, osilatörler faz içi veya anti-faz hareket edebilir.
Bu çalışmanın çekici olan durumu iki boyutlu tabakalar kendiliğinden üç boyutlu nesnelere dönüşüyor, bu da salınım yapmayan bir sinyali kendiliğinden şekli ve periyodik hareketi hareketli parçalarının her biri tarafından düzenlenen daha büyük bir agrega oluşturmak için talimatlara yeniden çeviriyor. Bu çalışma biyo-esinlenmiş hesaplama biçimlerine yol açabilir . Tıpkı elektronikte bilgi iletmek için birleştirilmiş osilatörlerin kullanılması gibi – ancak kendi kendini sürdüren, kendi kendini düzenleyen davranışlarla.
Kaynak : sciencedaily.com
