Dolar 9,3183
Euro 10,8303
Altın 528,91
BİST 1.418
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 16 °C
Sağanak Yağışlı

Biyohibrit robotlar için kolajen ipliklerinin ayarlanması

05.07.2021
47
Biyohibrit robotlar için kolajen ipliklerinin ayarlanması
Özelleştirilebilir özelliklere sahip güçlü, esnek kolajen iplikler, yeni nesil yumuşak robotlarda rol oynayabilir. Kredi: Mühendislik Fakültesi, Carnegie Mellon Üniversitesi

Gerçek kasları veya nöronları robotik bir sisteme dahil etme fikri kulağa bilim kurgu gibi gelebilir, ancak Carnegie Mellon Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’ndeki araştırmacılar bunu gerçeğe dönüştürmek için adımlar atıyorlar.

Biyohibrit robotik olarak bilinen bu alan, makine mühendisliği yardımcı doçenti Victoria Webster-Wood tarafından yönetilen Biohybrid ve Organic Robotics Group’un (BORG) merkezi odak noktasıdır.

“Nihai hedefimiz, yenilenebilir, biyolojik olarak parçalanabilen robotlar oluşturmak için biyolojik malzemeleri robotikte mühendislik malzemeleri olarak kullanabilmektir” diyor.

Biyomedikal Mühendisliği Dergisi’nde yayınlanan bir makalede, Doktora öğrenci Wenhuan Sun, bu özel robotlarda kullanılacak malzeme ipliklerinin nasıl üretileceğini daha iyi anlamayı amaçladı. İplikler, cilt, bağlar ve tendonlar gibi yapısal dokularda bulunan doğal olarak oluşan bir protein olan kolajenden yapılır.

Özünde, bu araştırmanın amacı, bir robotta kullanılmak üzere yapay bir tendonun nasıl yapıldığını daha iyi anlamaktı. Vücudumuzda tendonlar kasları kemiğe bağlamak için çalışır ve oldukça güçlüdür. Bu, bu kolajen ipliklerinin bir robotta çok benzer bir amaç için kullanılabileceği, canlı kas aktüatörlerini robota bağlayarak yürümesine, zıplamasına veya yüzmesine yardımcı olabileceği anlamına gelir.

Ancak robot malzemelerinin mekanik özellikleri, canlı kas aktüatörlerinin nasıl büyüdüğü ve performans gösterdiği üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir.

Bu, Sun’ın yalnızca bu kolajen ipliklerini en iyi nasıl oluşturacağını anlamakla kalmayıp, aynı zamanda mekanik özelliklerinin nasıl ayarlanacağını da keşfetmesi gerektiği anlamına gelir. Robotunuzun ne yapmasını istediğinize bağlı olarak, daha çok kas benzeri veya daha çok tendon benzeri bir malzemeye ihtiyacınız olabilir.

Sun’ın iplikleri, elektrokompaksiyon adı verilen bir teknik kullanılarak oluşturuldu. İlk olarak doku mühendisliğinde kullanılmak üzere geliştirildi ve şimdi BORG gibi gruplar tarafından ince ayar yapılıyor.

İpleri oluşturmak için kolajen lifleri, doğal olarak taşıdıkları yük sayesinde, elektrokompaksiyon hücresi adı verilen özel bir hücre tipinden geçirilir. Elyaflar, sonunda elektrokimyasal olarak hizalanmış kolajen (ELAC) iplikleri oluşturarak süreçte birlikte sıkıştırılacaktır.

Sun, üretim sürecini bir bütün olarak çeşitlendirmek için farklı iplikler oluşturmak için bu sıkıştırma sürecini ne kadar ayarlayabileceğinizi araştırmak istedi. Doku mühendisliğinin önceki çalışmaları, öncelikle en güçlü, en tendon benzeri iplikleri mümkün kılmaya odaklanmıştı. Biyohibrit robotik biraz daha nüans ve incelik gerektirir.

İlk sıkıştırıldığında, iplikler şaşırtıcı derecede kırılgandır ve üzerinde çalışılması zordur – henüz doğal tendonlar gibi sağlam değildir. Sun, sıkıştırılmış iplikleri bir kaba yerleştirmeye çalışmanın zorluğunu anlattı. “Plastik kabın çevresinde statik olduğu için, iplik duvarların her iki tarafına da yapışmak veya yapışmak istiyor. Bu, işleri çok zorlaştırıyor” diye açıkladı.

İpler oldukça uzun olabilse de (Sun, 40 santimetreye (yaklaşık 15 inç) kadar olan bir iplik yarattı) inanılmaz derecede incedir. Genişlikler yaklaşık 50 ila 100 mikron arasındaydı – yaklaşık bir insan saçınınki kadar.

Zamanla ve pratikle, bir dizi imalat parametresinin ortaya çıkan ipliği nasıl etkilediğini belirleyen bir dizi deney gerçekleştirebildi. Ayrıca bu parametreler arasındaki etkileşimleri inceledi ve çok çeşitli ayarlanabilir özellikler elde etmeyi başardı.

Sonuçlar biraz beklense de – örneğin ipliklerin sıkıştırılmasına izin vermek için daha fazla zaman harcanması daha güçlü, daha büyük ipliklere yol açtı – bu çalışma ekibin varsayımlarının ilk, doğrulanabilir kanıtıydı ve gelecekteki araştırmacıların elektro-sıkıştırılmış kollajen malzemeleri tasarlamasına ve seçmesine yardımcı olacak kendi işleri. Sun ayrıca, belirli bir araştırmacının isteyebileceği mekanik özelliklere dayalı olarak belirli üretim parametreleri önermek için derin bir sinir ağını eğitebildi.

Sonraki adımlar için Sun, iplikleri bir 3D yazıcıya beslemeyi hedefliyor, böylece farklı şekiller ve yapılar oluşturmak için kullanılabilecekler. Şu anda tam olarak bunu yapmak için biyomedikal mühendisliği ve malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Adam Feinberg ile birlikte çalışıyor. Sıkıştırılmış kolajen ipliklerin gücü, yumuşak, yumuşacık, kas bazlı baskılardan daha geniş bir uygulama yelpazesi için kullanılabilecekleri ve muhtemelen yeni nesil biyohibrit robotların tam anlamıyla yerden kalkmasına yardımcı olacağı anlamına geliyor.


Daha fazla bilgi:
Wenhuan Sun ve diğerleri, Elektrokimyasal Olarak Hizalanmış Kollajen İpliklerinin Mekanik ve Geometrik Özelliklerinin Biyohibrit Robotik Uygulamalarına Yönelik Ayarlanması, Biyomekanik Mühendisliği Dergisi (2021). DOI: 10.1115/1.4049956

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.