Fizikçiler, Şekil Değiştirebilen Hücre Boyutundaki Robotlar için Kas Geliştirdiler
Fotoğraf : Grafen – cam biomorflar, çok sayıda mikron boyutunda 3 boyutlu yapı üretmek için kullanılabiliyor. Yukarıdan aşağıya; tetrahedron, kontrol edilebilir spiraller, geniş açılı kıvrımlar, çift yönlü katlanabilen basit origami motifleri ve kutular.
Robotik uzmanları; çevresindeki kimyasal ve termal değişiklikleri algılayarak ona göre şekil değiştirebilen robot dış iskeleti yaptılar. Ve bu mikro ölçekli — elektronik, fotonik ve kimyasal özellik taşıyan—makinelerin biyolojik mikroorganizma boyutundaki robotik çalışmalar için çok güçlü bir platform olacağını iddia ediyorlar.
Cornell Üniversitesi’nden fizikçi Paum McEuen ve Itai Cohen bu soruya sadece evet cevabı vermediler, aynı zamanda bu makine için bir “kas” geliştirdiler.
Postdoktora araştırmacısı Marc Miskin önderliğindeki ekip, çevredeki kimyasal veya termal değişiklikleri algılayıp ona göre hızlıca şekil değiştirebilen bir robot dış iskeleti yaptılar. Ve bu mikro ölçekli — elektronik, fotonik ve kimyasal özellik taşıyan—makinelerin biyolojik mikroorganizma boyutundaki robotik çalışmalar için çok güçlü bir platform olacağını iddia ediyorlar.
Cohen, “Hücre boyutundaki bir makineye uzay gemisi Voyager’in bilgisayımsal gücünü koyabilirsiniz,” diyor. “ Sonra keşfetmek için nereye gideceksiniz?”
Fiziksel Bilimler Profesörü ve Cornell Üniversitesi Kavli Nanoboyutlu Bilimler Enstitüsü direktörü McEuen, “Elektronikler için dış iskelet diyebileceğiniz şeyi inşa ettik” diyor. “Şimdi, pek çok bilgi işlemesi yapabilen küçük bilgisayar çipleri yapabilirsiniz… Ancak nasıl hareket edeceklerini veya bir şeyin nasıl bükülmesini sağlayabileceklerini bilmiyorlar.”
Ekibin bu çalışması, 2 Ocak tarihinde Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde “Graphene-based Bimorphs for Micron-sized, Autonomous Origami Machines” başlığı ile yayınlandı. Yayının başyazarı Miskin olurken, David Muller, Mühendislik Bilimleri Profesörü Samuel B. Eckert ve doktora öğrencileri Kyle Dorsey, Bariş Bircan ve Yimo Han katkıda bulunanlar olarak yer alıyor.
Makineler, bimorf ismi verilen bir motor sayesinde hareket ediyorlar. Bimorf aslında iki malzemenin birleştirilmesi ile – bu durumda grafen ve cam – meydana gelen ve sıcaklık, voltaj veya kimyasal reaksiyon gibi bir uyaran karşısında bükülebilen sistemler için kullanılıyor. Şekil değişikliği, iki malzemenin aynı sıcaklık değişimi karşısında farklı termal genleşmeler göstermesi sayesinde oluyor.
Bunun bir sonucu olarak, bimorf yapı gerilmesinin bir kısmını boşaltabilmek için bükülürken bir katmanın diğerine göre daha fazla uzamasına izin veriyor. Araştırmacılar sisteme bimorf tarafından bükülemeyecek sertlikte düz paneller ekleyerek, bükülmelerin ancak belirli bölgelerde olmasını sağlayabiliyor ve katlanma bölgeleri oluşuyor. Bu şekilde, tetrahadradan küpe pek çok farklı şekilde katlanma elde edilebiliyor.
Grafen ve cam kullanılarak geliştirilen bimorflar, kimyasal uyaranlara yanıt olarak büyük iyonları camın içine doğru iterek katlanıyorlar. Bu da bimorfun genişlemesine neden oluyor.
Miskin, “Bu büyük bir başarı” diyor. “Çünkü bu sayede nano boyutlu sistemlerde yapabileceğiniz bir şey”.
Bimorf, atomik katman biriktirme yöntemi ile yapılıyor. Bu yöntem, astar olarak kullanılacak örtümsü yapının üzerindeki alüminyumun atomik silikon dioksit katmanları ile kimyasal olarak boyanması ve elde edilen yapının üzerine tek bir atomik grafen katmanın ıslak aktarma yöntemi ile aktarılmasıyla gerçekleşiyor. Sonuçta şimdiye kadar yapılmış en ince bimorf elde ediliyor. Bu şekilde elde edilen makinelerden birisi katlandığı zaman; kırmızı kan hücresinden iç kat daha büyük ve büyük bir nörondan üç kat daha küçük olarak nitelendiriliyor.
Katlanabilir iskelet yapılarının daha önce de yapıldığı biliniyor, ancak bu grubun versiyonunun açık bir avantajı var. Cohen, “Bizim cihazlarımız yarı iletken üretimi ile uyumlu. Bu durum, bizim cihazlarımızı bu ölçekteki robotik çalışmaların gelecekteki vizyonuna uyumlu yapıyor” diyor.
Miskin’e göre; elde edilen yapı, elektronik uygulamalar için gerekli yükleri taşımak için gereken gücü grafenin bağıl gücü sayesinde sağlayabiliyor. “Elektronikleri için bir dış iskelet yapılacaksa, elektronikleri taşıyabilecek kadar güç elde etmek gerekiyor. Bizimki bunu yapabiliyor”.
Şimdiye kadar bu küçüklerin küçüğü makinelerin elektronik, biyosensör veya başka bir alanda ticarileşmiş bir uygulaması bulunmuyor. Ancak araştırmacılar nano ölçekli robot bilimini öne çıkartmaya devam ediyor. McEuen “Bugüne kadar küçük ölçekli makineler için kas yapısı yoktu. Biz de bunu yaptık” diyor.
Bu çalışma, Cornell Nano Ölçekli Çalışmalar Enstitüsü’nde gerçekleştiriliyor ve Cornell Malzeme Araştırma Enstitüsü, Ulusal Bilim Fonu, Bilim Araştırmalarının Hava Kuvvetleri Ofisi ve Cornell Kavli Enstitüsü tarafından destekleniyor.
Kaynak : sciencedaily.com
