Yeni Tutkal, Herhangi Bir Küçük Yürüyen Robotu Örümcek Adama Dönüştürebiliyor

Bir robotun duvara tırmanması için duvara tutunması ve kontrollü bir şekilde yapışması gerekir ve bu zor değildir. Birçok yapıştırıcı bir nesnenin bir yüzeye tutunmasını sağlayabilir. Bu yapıştırıcıların tipik olarak yapamadığı şey, yapıştıktan sonra çıkarılıp tekrar yapıştırılabilmesidir ve bunu her tırmanmada tekrarlamasıdır. Çin’deki araştırmacılar şimdi bu sorunu ele aldılar. Tıpkı Örümcek Adam’da olduğu gibi, neredeyse her küçük, yürüyen robot bu yapıştırıcıyı kullanarak yerçekimine karşı koyabilir.

Robotun yapışkanlığı, kimya ve periyodik elektrik şokuyla kontrol ediliyor. Araştırmacılar, 28 Nisan’da Science Robotics’te çalışmalarının ayrıntılarını paylaştı.

Polimer bilimciler Conghui Yuan ve Lizong Dai, yeni tırmanma robotlarını Xiamen Üniversitesi’nde geliştirdiler. Polimerler, daha küçük tekrarlayan bağlantılardan oluşan uzun zincir benzeri moleküllerdir. Yuan ve Dai, robotlarının ayak tabanlarını su seven hidrojel bir polimer ile doldurdu ve bu polimer robotlarına tırmanma gücünü sağlamış oldu.

Araştırmacılar, bu hidrojeli yapışkan midyelerden esinlenmiştir.

Yetişkin midyeler tüm yaşamları boyunca tek bir noktaya kök salmış halde kalırlar. Kabuklu deniz ürünleri, dalgalar veya güçlü akıntılar tarafından sürüklenirken nehirler ve okyanuslardaki kayalara sıkıca tutunurlar. Midyeler bunu yapmak için katekol adında doğal polimer içeren protein salgılar. Bu polimer her türlü yüzeye güçlü bir şekilde bağlanabilir. Araştırmacılar, midyelerin yaptığı gibi yüzeye tutunmayı sağlamak amacıyla hidrojellerine katekol bazlı bir madde eklediler.

Araştırmacılar katekolun yapışkanlığını kapatmak için kimyasalı yapışkan olmayan bir molekül ile kapladılar. Asidik şartlar altında, yapışkan, katekol-bazlı maddeyi ortaya çıkarmak için bu koruyucu kapak düşer. Koruyucu kapak bazik (veya alkali) bir ortamda eski haline geri döner. Böylece hidrojel asidik koşullarda yapışkan hale gelir ve bazik koşullarda yapışkanlığını kaybeder.

Elektrik Şokları Yapışkanlığı Kontrol Ediyor

Yapıştırıcının pH’ını değiştirmek yapışkanlığı açıp kapatıyor ve elektrik burada devreye giriyor. Elektroliz olarak bilinen bu proseste küçük bir şok verilerek, hidrojelin suyu hidrojen ve oksijene ayrılıyor. Araştırmacılar bunu bir batarya kullanarak açıyorlar.

Bataryanın pozitif ve negatif elektrotlarına farklı kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Burada hidrojele elektriği ileten metal konnektör (bağlantı parçası) bulunmaktadır. Negatif elektrottaki reaksiyonlar hidroksit iyonlarını (OH^–) serbest bırakır. Bu iyonların varlığı suyun bazik olmasına neden olur. Pozitif elektrotta açığa çıkan hidroksit iyonları tükenir ve bu suyu asidik hale getirerek hidrojelin yapışkanlığını arttırır.

Araştırmacılar yapıştırıcının yapışkanlığını azaltmak için sistemlerinin elektrik alanının yönünü değiştiriyorlar. Bu, elektrotların polaritesini tersine çevirir ve pozitif olan şimdi negatif olur.

Robotun ayaklarındaki hidrojel pedler ayakkabı gibi düşünülebilir. Her ayakkabının tabanındaki elektrik alanını kontrol etmek, tırmanan ayağın yapışıp yapışmayacağını veya bırakıp bırakmayacağını belirler.

Dai, hidrojelin pH değerini değiştirmenin bir yolu olarak elektriği kullanmanın büyük bir avantajı olduğunu söylüyor ve “Normalde, çevrenin pH’ını değiştirmenin çok zor” diye belirtiyor. Bir robotun attığı her adım için bir kimyasal sistemin hidrojel ayakkabılara asidik ve bazik bileşikleri pompalamaya devam etmesi gerekir.

Yuan açıkça elektriği kullanmanın çok daha basit olduğunu savunuyor.

Araştırmacılar pozitif ve negatif elektrik alanlarının uygulanması arasında geçiş yaparken, ayaklar dönüşümlü olarak yapışır ve serbest kalır. Bu, ekibin yeni avuç içi büyüklüğündeki robotlarının tırmanmasına izin veriyor. Robotlar yukarı doğru yuvarlanabilir veya yürüyebilirler hatta baş aşağı dönebilirler ancak, hızlı değillerdir bir tırtıl hızında ilerlerler.

Video: Yeni robot, paslanmaz çelik bir yüzey üzerinde baş aşağı tırmanıyor.

Yeni Yapıştırıcının Limitleri Bulunuyor

Tersinir hidrojel gerçek bir yapıştırıcı olsa da selefon banttan daha az yapışkandır. Şu anda, onunla ayakkabılı robotlar yalnızca metale veya elektriksel olarak iletken başka bir yüzeye tırmanabilir (çünkü bu tür yüzeylerin elektrot görevi görmesi gerekir). Ancak robotların nihai zayıflığı, ayaklarının çok nemli kalması gerektiğidir. Bu nem, hidrojelin elektrokimyasal reaksiyonlarını besleyen şeydir.

Ancak araştırmacılar, mühendisliğin bu engellerin üstesinden gelebileceğini söylüyor. Yuan, hidrojel içine metalik tellerin gömülmesinin elektrot olarak iletken yüzeylerin yerini alabileceğini söylüyor. Bu, robotların iletken olmayan yüzeylere tırmanmasına izin verecektir. Ekibi, kurumanın üstesinden gelmek için hidrojel suyuna karbon bazlı çözücüler karıştırıyor. Bu tür organik çözücüler, suyun kuruma hızını yavaşlatır.

California’daki Stanford Üniversitesi’nde makine mühendisi Amy Kyungwon Han, “Geliştirilmesi gereken eksiklikler var” diye kabul ediyor. Yine de, yeni hidrojelin mevcut özelliklerinin etkileyici olduğunu söylüyor.

Çalışmaya dahil olmayan Han, “Yapışmayı kontrol edebilirsiniz” diyor ve hidrojel için, “kendi kendini iyileştiriyor. Islak yüzeylere de yapışabilir” diye ekliyor. “Bütün bunlar harika, çünkü her bir noktayı elde etmek çok zor.”

Belki de Dai ve Yuan’ın robotları, onlara ilham veren midye evlerine benzer noktalar için – sualtı – en uygunudur. Çok az polimer ıslandığında yapışkan kalır. Ama Dai ve Yuan’ın yapıştırıcısının suya ihtiyacı var. Araştırmacılar, bir gün tırmanan sualtı robotlarını yapmayı başarmayı umuyorlar. Bunlar, batık mağaralardan veya denizaltı boru ağlarından geçmek için faydalı olabilir.

Araştırmacılar ayrıca hidrojelden yapılmış bir takım elbise tasarlamaya da açıklar. “İnsanları Örümcek Adam gibi tırmandırmak için bir hayalimiz var” diyorlar.

Kaynakça: sciencenewsforstudents.org