Bilimde Çığır Açan Buluş: Hem Akışkan Hem Dayanıklı Robotlar!
Araştırmacılar, canlı bir organizma gibi dönüşebilen robotik bir malzeme tasarladı.
Embriyolardan ilham alan bu disk şeklindeki robotlar, manyetikler, motorlar ve ışık kullanarak sert ve akışkan haller arasında geçiş yapabiliyor. Sonuç mu? Kendi kendini iyileştirebilen ve şekil değiştirebilen bir sistem—bu teknoloji, malzeme üretimi ve kullanım şeklimizi değiştirebilir.
Malzemeler Gibi Davranan Robotlar
“Robotların bir malzeme gibi davranmasını sağlamanın bir yolunu bulduk,” dedi UCSB Makine Mühendisliği Profesörü Elliot Hawkes’in laboratuvarında eski doktora araştırmacısı olan ve 20 Şubat’ta Science dergisinde yayımlanan çalışmanın baş yazarı Matthew Devlin. Küçük hokey disklerine benzeyen, disk şeklindeki otonom robotlardan oluşan bu sistemin üyeleri, farklı malzeme dayanıklılıklarına sahip çeşitli formlara kendilerini birleştirecek şekilde programlandı.
Ekibin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri, hem sert ve güçlü olabilen hem de yeni konfigürasyonlara akışkan şekilde uyum sağlayabilen bir robotik malzeme geliştirmekti. “Robotik malzemeler belirli bir şekli alabilmeli ve bunu koruyabilmeli,” diye açıkladı Hawkes, “ama aynı zamanda kendilerini seçici bir şekilde yeni bir forma akıtabilmeli.” Daha önce, sıkı bir şekilde bağlanan robot kolektifleri kolayca yeniden düzenlenemiyordu. Ancak bu durum artık değişti.
Embriyolardan İlham Almak
Araştırmacılar, doğadaki embriyoların oluşum şeklinden ilham aldı ve çalışmalarını eski UCSB profesörü, şu anda Dresden Teknik Üniversitesi’nde PoL direktörü olan Otger Campàs’ın araştırmalarına dayandırdı. “Canlı embriyonik dokular, en gelişmiş akıllı malzemelerdir,” dedi Campàs. “Kendi kendine şekil alma, kendini iyileştirme ve hatta uzay ve zaman içinde malzeme dayanımını kontrol etme yeteneğine sahiptirler.”
Campàs’ın laboratuvarı daha önce embriyoların, nihai formlarını oluşturmak için geçici olarak yumuşayabildiğini—neredeyse eriyen cam gibi davranabildiğini—keşfetmişti. “Bir embriyoyu şekillendirmek için dokulardaki hücreler, akışkan ve katı haller arasında geçiş yapabilir. Bu, fizikte sertlik geçişleri olarak bilinen bir olgudur,” diye ekledi.
Mıknatıslar ve Motorlar: Şekil Değiştirmenin Anahtarı
Robot dünyasında, hücrelerin birbirine yapışmasını sağlayan biyolojik süreç, robotik birimlerin çevresine yerleştirilen mıknatıslarla sağlanıyor. Bu mıknatıslar, robotların birbirine tutunmasına ve tüm sistemin sert bir malzeme gibi davranmasına olanak tanıyor.
Ek olarak, hücreler arasındaki kuvvetler, robotik birimler arasındaki tangensiyel kuvvetler (yani yüzey boyunca hareket eden kuvvetler) şeklinde kodlandı. Bunu sağlamak için her robotun dairesel dış yüzeyine sekiz motorlu dişli yerleştirildi. Araştırma ekibi, robotlar arasındaki bu kuvvetleri modüle ederek normalde tamamen kilitli ve sert olan kolektifleri yeniden yapılandırabildi ve şekil değiştirebilir hale getirdi.
Birimler arası dinamik kuvvetlerin eklenmesi, sert robot kolektiflerini esnek robotik malzemelere dönüştürerek canlı embriyonik dokuların davranışını taklit etmeyi başardı.
Biyokimyasal Sinyaller: Küresel Koordinat Sistemi
Biyokimyasal sinyaller ise küresel bir koordinat sistemi gibi çalışır. “Her hücre başını ve kuyruğunu ‘bilir’, böylece hangi yöne sıkışacağını ve kuvvet uygulayacağını da bilir,” diye açıklıyor Hawkes. Bu sayede hücre topluluğu, dokunun şeklini değiştirebilir. Örneğin, yan yana dizilerek vücudu uzatabilirler.
Robotlarda ise bu işlev, her robotun üst kısmına yerleştirilen ışık sensörleri ve polarize filtreler sayesinde gerçekleştiriliyor. Sensörlere ışık tutulduğunda, ışığın polarizasyonu robotlara dişlilerini hangi yöne çevirmeleri gerektiğini bildiriyor ve böylece şekillerini değiştirmelerini sağlıyor. “Sabit bir ışık alanı altında tüm robotlara aynı anda hangi yöne gitmelerini istediğinizi söyleyebilirsiniz. Böylece hizalanıp gereken şekli alabilirler,” diye ekliyor Devlin.
Kendini Uyarlayan ve Onaran Akıllı Bir Malzeme
Bu prensiplere dayanarak araştırmacılar, robot grubunu akıllı bir malzeme gibi hareket edecek şekilde ayarlamayı ve kontrol etmeyi başardı. Grubun bazı bölümleri, robotlar arasındaki dinamik kuvvetleri devreye sokarak kolektifi akışkan hale getirirken, diğer bölümler robotların birbirine sıkıca tutunarak sert bir malzeme oluşturmasını sağladı.
Zaman içinde bu davranışları modüle ederek araştırmacılar, ağır yükleri taşıyabilen ancak aynı zamanda yeniden şekillenebilen, nesneleri manipüle edebilen ve hatta kendi kendini onarabilen robotik malzemeler geliştirdi.
Şu anda, kavram kanıtı robotik grubu nispeten büyük birimlerden oluşan küçük bir kümeden oluşmaktadır (20). Ancak, Campàs laboratuvarında eski doktora sonrası araştırmacı ve şu anda EPFL’de yardımcı doçent olan Sangwoo Kim tarafından yürütülen simülasyonlar, sistemin daha fazla sayıda minyatürleştirilmiş birime ölçeklenebileceğini göstermektedir. Bu, binlerce birimden oluşan, sayısız şekil alabilen ve fiziksel özelliklerini istedikleri gibi ayarlayabilen robotik malzemelerin geliştirilmesini sağlayabilir ve bugün sahip olduğumuz nesne kavramını değiştirebilir.
Bilim Kurgu’dan Gerçeğe
Fizikte aktif madde veya biyolojide kolektif davranış çalışması gibi robotik ötesindeki uygulamalara ek olarak, bu robotik toplulukların bunları kontrol etmek için makine öğrenme stratejileriyle birleştirilmesi, robotik malzemelerde dikkate değer yetenekler sağlayabilir ve bir bilim kurgu hayalini gerçeğe dönüştürebilir.
Kaynak: https://scitechdaily.com
CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın Yeraltı Labirentlerinde Çalışacak Robotik Köpekler Geliştiriyor