Güney Koreli araştırmacılar, kendi ağırlıklarının yaklaşık 4.000 katını kaldırabilen çığır açıcı bir yapay kas geliştirdi. Bu teknoloji, gelecekteki insansı robotların yeteneklerini önemli ölçüde artıracak.
Bu yapay kasın tasarımındaki en önemli yeniliklerden biri, gerektiğinde esnek veya gergin olabilme yeteneği. Bu, yapay kas araştırmaları alanında bir ilk olma özelliği taşıyor. Bilim insanları bulgularını 7 Eylül'de Advanced Functional Materials adlı bilimsel dergide yayımladılar.
Araştırmanın baş yazarlarından ve Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde (UNIST) makine mühendisliği profesörü olan Hoon Eui Jeong, bir açıklamasında, "Bu araştırma, geleneksel yapay kasların ya yüksek derecede esnek ama zayıf ya da güçlü ama sert olma gibi temel sınırlamalarını aşıyor. Geliştirdiğimiz kompozit malzeme, her ikisini de başarabiliyor, bu da daha çok yönlü yumuşak robotların, giyilebilir cihazların ve sezgisel insan-makine arayüzlerinin önünü açıyor" dedi.
Yapay kaslar genellikle esnek veya gergin olamama sorunuyla karşı karşıyadır. Çalışma yoğunluklarını sınırlamadan yeterli enerji çıktısı sunmaları gerekir. Ancak yumuşak yapay kasların hafif, mekanik olarak uyumlu ve çok yönlü hareket kabiliyetine sahip olmaları nedeniyle dönüştürücü bir potansiyele sahip oldukları düşünülüyor.
Araştırmacılar "çalışma yoğunluğu" derken, kasın birim hacim başına ne kadar enerji verebildiğini kastediyor. Yüksek esneklik ile birlikte yüksek çalışma yoğunluğu elde etmek, yapay kaslar için büyük bir zorluk teşkil ediyor.
Robotlar Ne Kadar Kaldırabiliyor?
Bilim insanları, geliştirdikleri yapay kası "yüksek performanslı manyetik kompozit aktüatör" olarak tanımlıyor. Bu, polimerlerin karmaşık bir kimyasal kombinasyonunu ifade ediyor; bu polimerler, kasların çekme ve bırakma hareketlerini taklit edecek şekilde birbirine bağlanıyor.
Bu polimerlerden biri, sertlik seviyesi ayarlanabilen bir yapıya sahip ve yüzeyinde manyetik mikro parçacıklar bulunan bir matris içinde yer alıyor. Bu sayede kas hareket ettirilebiliyor ve ayarlanabilir sertliği sayesinde kontrol edilebiliyor.
Araştırmacıların yeni tasarımı, iki farklı çapraz bağlama mekanizmasını entegre ediyor. Birincisi, kovalent bağlarla (iki veya daha fazla atomun elektron paylaşarak daha kararlı bir konfigürasyon elde etmesi) birbirine bağlanmış kimyasal bir ağ; ikincisi ise geri dönüşümlü, fiziksel etkileşimli bir ağ. Araştırmacılara göre bu iki mekanizma, kasın uzun süreli çalışması için gereken dayanıklılığı sağlıyor.
Sertlik ve esneklik arasındaki ödünleşme, ikili çapraz bağlama mimarisi sayesinde etkili bir şekilde çözülüyor. Fiziksel ağ, kasın yüzeyine eklenen ve renksiz bir sıvı (oktadesiltrislan) aracılığıyla işlev kazandırılabilen bir mikro parçacık (NdFeB) türü eklenerek daha da güçlendiriliyor. Bu parçacıklar, polimer matrisine dağılmış durumda.
Kompozit kas, ağır yükler taşırken sertleşiyor ve kasılması gerektiğinde yumuşuyor. Sertleşmiş durumda, sadece 1,13 gram ağırlığındaki yapay kas, yaklaşık 5 kilograma kadar, yani kendi ağırlığının yaklaşık 4.400 katına kadar destek sağlayabiliyor.
İnsan kası yaklaşık %40 deformasyon ile kasılırken, geliştirilen sentetik kas %86,4 deformasyon oranına ulaşarak insan kasının iki katından fazlasını başarıyor. Araştırmacılar, bu durumun insan dokusunun kapasitesinin 30 katı olan 1.150 kilojul/metreküp çalışma yoğunluğu sağladığını belirtiyor.
Araştırmacılar, yapay kaslarının gücünü ölçmek için tek eksenli çekme testini kullandılar. Bu test, bir malzemeye kırılana kadar çekme kuvveti uygulayan mekanik bir testtir; uygulanan kuvvete karşı uzama ölçülerek nihai çekme mukavemeti belirlenir.
