Azobenzen ile işlevselleştirilmiş sıvı kristal malzemeler, karmaşık devreler veya parçalar olmadan uzaktan ışık uyaranlarıyla çalıştırılabilir ve bu nedenle insan arayüzleri, dokunsal cihazlar ve minyatür yumuşak robotlar gibi alanlarda büyük ilgi görmektedir.
Yumuşak robotta ışık kaynaklı hareketleri gösteren önceki çalışmalar, büyük sürtünme gözlemlenen emekleme ve yürüme hareketlerini bildirmişti. Son zamanlarda, silindirik ve çok dönüşlü sarmal yumuşak robotlarda, tekerlek gibi yuvarlanma direncini benimseyerek sürtünmeyi azaltan yuvarlanma hareketi rapor edilmiştir. Ancak yuvarlanma, günlük hayatta deneyimlediğimiz için merdiven çıkmak için etkili bir strateji değildir.
Araştırmacılar daha da ileri gittiler ve birim uzunluk başına sarmal çapı maksimize eden tek dönüşlü sarmal şekilli yumuşak robotun burulma hareketini uyguladılar; bu, yumuşak bir robotun üstesinden gelebileceği engelin yüksekliğine yakından bağlı bir faktör. Tek dönüşlü bir sarmal durumunda, zeminde yuvarlanan burulma yumuşak robotu sadece bir ve iki nokta ile temas ederken, yumuşak robotun tek bir ucu engellerin üzerinden geçebilmektedir. Bu gözlemlerle, tek dönüşlü bir sarmalın, yumuşak robotun yükseklik erişimini en üst düzeye çıkarırken yuvarlanma direncini en aza indirecek etkili bir tasarım olacağı açıktı.
Engellerin üstesinden gelmek için, burulma yumuşak robotunun tüm vücudunu tek bir temas noktası üzerinde kaldırması gerekir. Moleküler mühendislik, araştırmacıların, hafif vücut ağırlığı (0,2 mg) içinde vücut uzunluğu başına (0,15 BL/s) büyük hızın yanı sıra adım tırmanan burulma yumuşak robotlarını göstermelerine izin verdi. Moleküler hizalamayı ve çapraz bağ yoğunluğunu sıvı kristal polimerler olarak programlamak için yedi farklı azobenzen bazlı moleküler anahtar incelenmiştir. Önceki çalışmaların çoğu, tamamlanmamış bir sertleştirme veya çapraz bağlanamayan monomerlerin eklenmesiyle polimerlerin çapraz bağ yoğunluğunu kontrol etti. Bununla birlikte, bu stratejiler, moleküler anahtarların fotojenere stresini aktaramayan sarkan molekülleri arttırır. Araştırmacılar, moleküler anahtarların moleküler uzunluğunu değiştirerek, sarkan zincirleri artırmadan çapraz bağ yoğunluğunu kontrol edebilirler. Böylece hem yüksek Young modülü (>2 GPa) hem de fotojenere stres (>1 MPa) elde edilir. Bu, yumuşak robotların yüksek bobin yüksekliğini korumasına yardımcı olur ve tüm gövdeyi alt tabaka üzerinde tek bir temas noktası ile kaldırmalarını sağlar. Sonlu eleman analizi simülasyonu ayrıca burulma yumuşak robotların hareket mekanizmasının anlaşılmasına da yardımcı olur.
Araştırmacılar ayrıca cam geçiş sıcaklığına göre viskoelastik yumuşak robotların sıcaklık durumunu da optimize ettiler. Camsı bir durumda, yumuşak robotların hızı, daha yumuşak malzemeler şekil yeniden yapılandırması için daha kolay olduğu için daha yüksek sıcaklıkta arttı. Ancak, lastiksi bir durumda bunun tersi gözlenir. Çok yüksek bir sıcaklıkta, yumuşak robotlar, polimer bazlı yumuşak robotlarda viskoelastisitenin önemini gösteren yeterli stres oluşturamaz ve fotojenere edilmiş stresi dağıtamaz.
Bu çalışma sayesinde, yeni burulma yumuşak robot tasarımı, hafif tahrikli yumuşak robotlarda yapı-özellik ilişkisine ilişkin temel bilgimizi artırırken, daha güçlü çalıştırma veya yüksek erişime ihtiyaç duyulan çeşitli alanlarda yumuşak robot uygulamasının potansiyelini genişletebilir.
Bu tüp şeklindeki robotların merdivenleri yuvarlamasını, arabaları taşımasını ve birbirleriyle yarışmasını izleyin
Jae Gwang Kim, Jisoo Jeon, Rajamanickam Sivakumar, Jonggeon Lee, Yun Ho Kim, Maenghyo Cho, Ji Ho Youk, Jeong Jae Wie, Moleküler Mühendislik Yoluyla Monolitik Burulma Yumuşak Robotların Hafif Yakıtlı Tırmanışı, Gelişmiş Akıllı Sistemler (2021). DOI: 10.1002/aisy.202100148
Inha Üniversitesi tarafından sağlanan
Alıntı: Merdivenleri hızla çıkabilen hafif yakıtlı burulma yumuşak robot (2021, 25 Ekim) 20 Kasım 2021’de https://techxplore.com/news/2021-10-light-fueled-torsional-soft-robot-rapidly.html adresinden alınmıştır.
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.
#Merdivenleri #hızla #tırmanabilen #hafif #yakıtlı #burulma #yumuşak #robotu