Harvard Üniversitesi’nden mühendisler, yumuşak robotların en büyük sıkıntılarından biri olan kontrollü ve öngörülebilir hareket sorununu aşan yeni bir 3D baskı tekniği geliştirdi. Advanced Materials mecmuasında yayımlanan çalışmada, robotların bükülme, dönme ve kavrama üzere hareketleri sonradan eklenen düzeneklerle değil, direkt malzemenin içine gömülü biçimde üretiliyor.

Karmaşık montaj süreçlerini ortadan kaldırıyor

Geleneksel yumuşak robot üretimi; kalıplama, döküm, katman birleştirme ve sızdırmazlık üzere vakit alan kademelere dayanıyor. Harvard grubunun geliştirdiği metot ise bu süreci tek adımlı bir 3D baskı sürecine indiriyor. “Döner çok gereçli 3D baskı” olarak tanımlanan teknikte, tek bir döner nozul üzerinden birden fazla materyal tıpkı anda basılıyor. Nozulun daima dönmesi sayesinde, filamentin iç yapısı hassas biçimde denetim ediliyor.

Bu süreçte dış katmanda sağlam bir poliüretan kabuk oluşturulurken, iç kısımda süreksiz olarak jel gibisi bir polimer (poloksamer) kullanılıyor. Baskı tamamlandıktan sonra bu jel yıkanarak uzaklaştırılıyor ve geride, evvelce hesaplanmış geometrilere sahip içi boş kanallar kalıyor. Bu kanallar, basınçlı hava yahut sıvı verildiğinde robotun hangi tarafta, ne kadar ve nasıl hareket edeceğini belirleyen programlanabilir kaslar üzere çalışıyor.

Araştırmanın dikkat alımlı taraflarından biri, hareket mantığının yazılım ya da ek donanım yerine direkt geometriyle kodlanması. Filamentin içindeki helisel yapıların istikameti ve açısı değiştirilerek, aynı baskı sürecinde farklı hareket tepkileri elde edilebiliyor. Çalışmada yer alan örneklerde, hava verildiğinde çiçek üzere açılan spiral bir aktüatör ve objeleri kavrayabilen eklemli bir tutucu üretilmiş durumda. Her iki yapı da tek kesim ve kesintisiz baskı yoluyla oluşturuldu.

Araştırmacılara nazaran bu yaklaşım, yumuşak robot dizaynında esaslı bir değişimi temsil ediyor. Daha evvel günler süren montaj süreçleri, sırf baskı parametrelerinin ayarlanmasıyla saatler içinde yine tasarlanabiliyor. Üstelik mevcut 3D yazıcılarda donanımsal bir değişiklik gerektirmiyor.

Tekniğin potansiyel kullanım alanları endüstriyel robotik ile hudutlu değil. İnsan dokusuna ahenk sağlayabilen cerrahi aletler, bedene daha uygun oturan giyilebilir dayanak sistemleri ve kırılgan kesimleri ziyan vermeden taşıyabilen üretim sınırları da bunlar ortasında. Araştırma grubu, bu yolla hareketin sonradan eklenen bir özellik olmaktan çıkıp, direkt üretim basamağında tanımlanan temel bir işlev hâline geldiğini vurguluyor.