Robotik
'Yapışkan Metal' Robotik, Enerji Depolama ve Hatta BiyoTeknoloji Çözümlerinde Yaygın Uygulamalara Sahip Olabilir
Securities.io titiz editoryal standartlarını korur ve incelenen bağlantılardan tazminat alabilir. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz ve bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Lütfen şuraya bakın: bağlı kuruluş açıklaması.
Yumuşak Robotik İçin Yapışkan Metal
Robotik alanındaki gelişmelerin sürekli karşılaştığı konulardan biri de gerçek dünyayla baş edebilecek robotların ve sistemlerin geliştirilmesidir. Bu genellikle tamamen mekanik yapılar yerine esneklik ve "yumuşak" parçalar gerektirir.
Farklı yaklaşımlar deneniyor. Özellikle, daha önce bir tanesi hakkında bilgi vermiştik: "Yumuşak robotik" olarak adlandırılan şeyi oluşturmak için yeni manyetik malzeme oluşturmak. Bunu "" başlıklı makalemizde ayrıntılı olarak tartıştık.Manyetik Jel Kapsüller Hem Robotiği hem de Tıbbı İlerletebilir".
Ancak başka bir yaklaşım da metalik ve yumuşak parçaları birbirine bağlamak olacaktır. Ana sorun metal-organik bağlantılardan dolayı bu, tarihsel olarak zor olmuştur.
Bu sorun ABD'deki Maryland Üniversitesi'nde çalışan araştırmacılar Wenhao Xu, Faraz A. Burni ve Srinivasa R. Raghavan tarafından çözülmüş olabilir. Hidrojel, kaslar ve bitkiler gibi çoğu yumuşak malzemeyle güçlü ve dayanıklı bir bağlantı oluşturabilen bir tür "yapışkan metal" geliştirdiler.
Yapışkan Metal Nasıl Çalışır?
Keşif, araştırmacıların sert-yumuşak elektroadezyon (EA) adını verdiği yeni bir prensibe dayanıyor.
Hala nasıl çalıştığını tam olarak açıklamaya çalışıyorlar, ancak zaten bildikleri şey şu.
Yalnızca Bazı Metaller EA Özelliklerini Görüntüler
EA için tüm metaller kullanılamaz. Pozitif indirgeme potansiyeli olan metaller, negatif indirgeme potansiyeli olmayan metaller.
Yapışmayan metaller anotta ilk önce oksitlenen metallerdir. Metalin bu oksidasyonu (elektrolizi), herhangi bir rakip prosese üstün gelir, bu da neden yapışma olmadığını açıklar.
Tersine, yapışan metaller nispeten inerttir ve jel ağının polimer zincirlerinin ilk önce anotta oksitlenmesine izin verir.
Bu, titanyum, çinko, demir ve nikel gibi yaygın metalleri kapsamaz ve bu, EA'nın neden şimdiye kadar keşfedilmediğini açıklayabilir. Ancak bu yine de kalay, kurşun, bakır gibi yaygın ve ucuz metallerin yanı sıra grafit (metal değil, saf karbon) içerir. Dolayısıyla bu bir sınırlama olsa da robotik uygulamalardaki herhangi bir kullanım açısından anlaşmayı bozan bir durum olmamalıdır.
O nasıl çalışır?
EA, metale bir akım uygulandığında oluşturulur.
Teori, yumuşak malzemenin (jel veya diğer) oksidasyonunun metal ve polimer zincirleri arasında kimyasal bağlar oluşturmasıdır. Bu kimyasal bağlar, metal ile yumuşak malzeme arasında güçlü bir bağlantı oluşturarak güçlü bir yapışma sağlar.
Ters akım uygulanarak süreç kolaylıkla tersine çevrilebilir. Bu, kimyasal bağı “çözen” ve yapışmayı iptal eden indirgeyici kimyasal koşullar yaratır.
Bu teori, hidrojel üzerinde meydana gelen herhangi bir değişikliğin yalnızca metal ile temas yüzeyinde meydana geldiğini gösteren deneylerle desteklenmektedir.
Ayrıca, kimyasal bağın kesin doğası ve özelliklerinin, metalin ve yumuşak malzemenin ilgili kimyalarına bağlı olarak değişeceği de görülmektedir.
Yapışkan Metal Neye Yapıştırılabilir?
Yayınlanan bilimsel makale, çoğunlukla çeşitli hidrojel türlerine yapışmaya odaklanıyor çünkü bunlar, değiştirilebilecek ve deney yapılabilecek iyi bir malzeme haline geldi.
Ancak ilkeler, hayvan kasları ve hatta domates dahil olmak üzere pek çok başka malzemeye de uygulanabilir. Genel olarak bakıldığında, yumuşak malzemenin tek şartı iyonik iletken olmasıdır ki bu hemen hemen tüm biyolojik dokular için geçerlidir.
Aynı derecede etkileyici olan EA, yapışmanın sağlanmasının çok zor olduğu su altında da meydana gelebilir.
Yapışkan Metallerin Olası Uygulamaları
Robotik Sürükleyici
EA'nın ilk ve muhtemelen en acil uygulaması, robotlar için daha iyi kavrayıcılar geliştirmektir. Nesneleri düşürmeden veya ezmeden düzgün bir şekilde kavramak, robotlar için kalıcı bir sorun olmuştur.
EA, parmaklara, ellere, eklemlere veya diğer karmaşık ve özel şekillere sahip olmak için bir robot parmağına ihtiyaç duymaz. Dolayısıyla bu, şu anda kullanılan yöntemlere göre daha ucuz, daha verimli ve daha güvenli alternatiflerin önünü açabilir.
Kaynak: Corteva
piller
Verimli ve üretimi kolay piller, elektrikli araçlardan ve enerji karışımında yenilenebilir enerji kaynaklarının artmasından büyük talep görüyor. Çoğu pil, iki sert metalik (veya grafit) katı anot ve katodun aralarında bir elektrolit ile bağlanmasına dayanır.
Çoğu zaman elektrolit, iyon iletken bir çözücü içindeki bir jeldir.
Böylece Maryland Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yeni bir pil türü oluşturmak için EA'yı kullanıp kullanamayacaklarını test ettiler.
Elektrot olarak bakır ve çinko kullandılar ve 0.9V'luk bir pil oluşturmayı başardılar.
Bu sadece pil konusunda uzman olmayan kişiler tarafından yapılan bir kavram kanıtıydı. Ancak aynı prensipler kullanılarak esnek ve şarj edilebilir pillerin oluşturulabileceğini düşünüyorlar. Ve yeni bir pil üretim yönteminin yolunu açabilir.
Yumuşak Robotik
Daha önce de belirtildiği gibi, robot mühendisleri uzun süredir robotların sert ve yumuşak bileşenleri karıştırarak hayvanların hem sert kemiklere hem de yumuşak kaslara ve dokulara sahip olmasını taklit etmesini hayal ediyorlardı.
EA'nın bu amaç için nasıl kullanılabileceğini göstermek için temel bir test yapıldı. Bunun için, “yük taşıyan sert-yumuşak bir yapı” oluşturmak amacıyla sert bileşenlerin (grafit plakalar) ve yumuşak bileşenlerin (hidrojel) bir karışımı kullanıldı.
Artan yükleri kullanan yapı önce onu destekledi, sonra bükülmeye başladı. Bu ağırlık kaldırıldığında jel sütunlar orijinal durumlarına geri çekildi ve böylece üst levha yukarı doğru hareket etti.
Sert elemanlar tek başına sıkıştırılabilir veya deforme edilemezken, yumuşak elemanlar tek başına bir yük tarafından ezilebilir. Bununla birlikte kombinasyon, bir yükü hasar görmeden esnek bir şekilde taşıyabilir.
Sıkıştırma ve "geri itme" kabiliyetine sahip böyle bir sistem, aktüatörlerin ve robotların çevreleriyle hassas bir şekilde etkileşime girebilmesini sağlamak için kullanılabilir.
Sualtı Yapıştırıcı
Su açısından zengin bir ortamda veya su altında herhangi bir şeyi yapıştırmak teknik bir zorluk olabilir. Yapışkan bağlar genellikle etraflarındaki su moleküllerinden etkilenir ve çoğu durumda gerekenden daha zayıftır.
Burada yapışma, yalnızca jel ve metal bir akım altında temas ettiğinde devreye giren elektrokimyasal bir olaydır. EA gerçek kimyasal bağlantıya dayandığından çevredeki sudan etkilenmez.
Protez ve İmplantlar
Yapışkan metalin bir diğer potansiyel kullanımı biyomedikal uygulamalardır. Metal implantların kullanımında metalin insan vücuduyla uyumu her zaman bir sorun olmuştur. Metalin yumuşak dokulara zarar vermeden bağlanması zor bir işlemdir.
İmplantlar veya uzuv değiştirme gibi protezler yumuşak dokulara yapışabilirse, çok daha işlevsel ve kullanımı pratik hale gelebilir. Ayrıca hastaların yaşam kalitesini de önemli ölçüde artırabilir.
Image RAEng_Yayınları itibaren Pixabay
Ve süreç, bir elektrik akımının tetiklenmesiyle kolayca tersine çevrilebildiğinden, yapışkan implantların değiştirilmesi veya çıkarılması da muhtemelen çok daha kolay olacaktır.
Yapışkan Metal ile Gelişmiş Uygulama
Sert-yumuşak ElektroAdhezyon veya EA, birçok olası uygulamayla dikkate değer bir keşiftir.
Sadece hemen hemen tüm iyonik jeller ve organik dokularla (su ve tuz içeren hemen hemen her şey) çalışmakla kalmaz, aynı zamanda kalay, bakır ve hatta grafit gibi ucuz baz metallerle de kullanılabilir. Bu düşük maliyetli malzemeler sayesinde her türlü endüstriyel uygulamanın maliyet açısından rekabetçi olma şansı vardır.
Özellikle et, meyve ve sebze gibi gıda ürünleri için daha iyi kavrayıcılardan başlayarak robotik alanını tamamen değiştirebilir. Daha sonra sert ve yumuşak/elastik parçaları karıştıran gerçek yumuşak robotların yaratılmasına olanak tanıyacak.
Ayrıca vücut protezleri ve implantlarına çok daha kolay bağlantı kurulmasına da olanak tanıyarak bizi gerçek sibernetik teknolojiye bir adım daha yaklaştırabilir.
Son olarak, robot bilimi ve protezlerin ötesinde uygulamalara sahip olabilir ve potansiyel olarak yeni tip pillerin yanı sıra su altı ve geri dönüşümlü yapıştırıcılar üretebilir.
