Bu şekil değiştiren cihazlar, manyetik alanlar sayesinde eriyip yeniden şekilleniyor
Şekil değiştiren sıvı metal robotlar artık bilim kurgu ile sınırlı olmayabilir.
Araştırmacılar, 25 Ocak’ta Matter’de yayınlanan rapora göre, minyatür makineler katıdan sıvıya geçebilir ve dar alanlara sıkışmak ve bir devre kartını lehimlemek gibi görevleri yerine getirmek için tekrar geri dönebilir.
Bir manyetik alanla uzaktan kontrol edilebilen bu faz kaydırma özelliği, metal galyum sayesindedir. Araştırmacılar metali manyetik parçacıklarla gömdüler metalin hareketlerini mıknatıslarla yönlendirmek için. Bu yeni malzeme, bilim adamlarının dar geçitlerden geçip dışarıdan yönlendirilebilen yumuşak, esnek robotlar geliştirmelerine yardımcı olabilir.
Bilim adamları yıllardır manyetik olarak kontrol edilen yumuşak robotlar geliştiriyorlar. Bu botlar için mevcut malzemelerin çoğu, en dar alanlardan geçemeyen esnek ancak katı malzemelerden veya sıvı olan ancak ağır nesneleri taşıyamayan manyetik sıvılardan yapılmıştır (SN: 7/18/19).
Yeni çalışmada, araştırmacılar doğadan ilham bulduktan sonra her iki yaklaşımı da harmanladılar (SN: 3/3/21). Örneğin, Pittsburgh’daki Carnegie Mellon Üniversitesi’nden makine mühendisi Carmel Majidi, deniz hıyarlarının “sertliklerini çok hızlı ve tersine çevrilebilir şekilde değiştirebileceğini” söylüyor. “Mühendisler olarak bizim için zorluk, bunu yumuşak malzeme sistemlerinde taklit etmektir.”
Böylece ekip, oda sıcaklığının biraz üzerinde, yaklaşık 30°C’de eriyen bir metal olan galyuma yöneldi. Araştırmacılar, durumunu değiştirmek için bir metal yığınına bir ısıtıcı bağlamak yerine, onu sıvılaştırmak için hızla değişen bir manyetik alana maruz bırakıyorlar. Alternatif manyetik alan galyum içinde elektrik üreterek ısınmasına ve erimesine neden olur. Malzeme, oda sıcaklığına soğumaya bırakıldığında yeniden katılaşır.
Manyetik parçacıklar galyumun her tarafına serpildiğinden, kalıcı bir mıknatıs galyumu sürükleyebilir. Katı halde, bir mıknatıs malzemeyi saniyede yaklaşık 1,5 metre hızla hareket ettirebilir. Yükseltilmiş galyum, ağırlığının yaklaşık 10.000 katını da taşıyabilir.
Harici mıknatıslar, sıvı formu hâlâ manipüle ederek esnemesine, bölünmesine ve birleşmesine neden olabilir. Ancak sıvının hareketini kontrol etmek daha zordur çünkü galyumdaki parçacıklar serbestçe dönebilir ve erime sonucunda hizalanmamış manyetik kutuplara sahip olabilir. Çeşitli yönelimleri nedeniyle, parçacıklar bir mıknatısa tepki olarak farklı yönlerde hareket eder.
Majidi ve meslektaşları, stratejilerini farklı görevleri yerine getiren küçük makinelerde test ettiler. Terminatör 2 filminden fırlamış gibi görünen bir gösteride, oyuncak bir insan parmaklıkların arasından eriyerek ve parmaklıkların hemen dışına yerleştirilmiş bir kalıbı kullanarak orijinal biçiminde yeniden katılaşarak hapishane hücresinden kaçtı.
Daha pratik tarafta, bir makine organdan çıkmadan önce yabancı cismin etrafına sarılmak için hafifçe eriterek model bir insan midesinden küçük bir top çıkardı. Ancak galyum kendi başına gerçek bir insan vücudunun içinde yapışkan maddeye dönüşür, çünkü metal vücut sıcaklığında, yaklaşık 37°C’de sıvıdır. Biyomedikal uygulamalarda galyuma bizmut ve kalay gibi birkaç metal daha eklenir. Yazarlar, malzemenin erime noktasını yükseltmek için diyorlar. Başka bir gösteride, malzeme bir devre kartını lehimlemek için sıvılaştırıldı ve yeniden sertleştirildi.
Araştırmacılar, değişken ve kalıcı mıknatısların yardımıyla galyum parçalarını şekil değiştiren cihazlara dönüştürdüler. İlk klipte, bir oyuncak figür sıvılaşarak, parmaklıkların arasından süzülerek ve parmaklıkların hemen dışına yerleştirilmiş bir kalıpla yeniden katılaşarak hapishane hücresinden kaçıyor. İkinci klipte, bir cihaz, model bir insan midesinden bir topu hafifçe eriterek yabancı cismin etrafına sararak organdan çıkıyor.
Çalışmaya dahil olmayan Denton’daki Kuzey Teksas Üniversitesi’nden biyomedikal mühendisi Amir Jafari, bu faz değiştiren materyalin bu alanda büyük bir adım olmasına rağmen, biyomedikal uygulamaları hakkında soruların devam ettiğini söylüyor. Büyük bir zorluk, insan vücudunda harici bir cihazdan üretilen manyetik kuvvetleri tam olarak kontrol etmek olduğunu söylüyor.
Çalışmaya dahil olmayan Harvard Üniversitesi’nden robotik mühendisi Nicholas Bira, “Bu zorlayıcı bir araç” diyor. Ancak, yumuşak robotik üzerine çalışan bilim adamlarının sürekli olarak yeni malzemeler yarattığını da ekliyor.
“Gelecek gerçek yenilik, bu farklı yenilikçi malzemeleri bir araya getirmekte yatıyor.”