Şekil Değiştirebilen Kafesler Nasıl Geliştiriliyor?

Düz bir levhayı insan yüzüne dönüştürmek için ne gerekir? Levhayı, içbükey dışbükey bir burun ve çıkıntılı bir çene oluşturmak için nasıl büyütmeli ve daraltmalıdır? Elektronik ve robotik çalışmalarında önemli bir yer edinen bu yapıların detayları haberimizde.

A- A+

10.10.2019 tarihli yazı 5129 kez okunmuştur.

Kafes Robotik Elektronik İçbükey Dışbükey Şekil

Şekil değiştiren yapılarda karmaşık eğrilerin nasıl kodlanacağı ve serbest bırakılacağı, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) ve Harvard Wyss Biyolojik esinli Mühendislik Enstitüsü tarafından yürütülen araştırmalarla yeni bir boyut kazandı. Son on yılda teorisyen ve deneyciler, bu işin fiziğini çözmek ve matematiksel modeller inşa etmek ve dış uyaranlara cevaben şekil değiştirebilecek yapılar için malzemeler ve 3B ve 4B baskı teknikleri geliştirmek istediklerinde doğadan ilham aldılar.

Hansjorg Wyss Harvard Biyolojik Müdahale Mühendisliği Profesörü Jennifer A. Lewis, “Birlikte, yeni şekil değiştiren madde sınıfları yaratıyoruz. Entegre tasarım ve üretim yaklaşımı kullanarak, şekillendirme davranışlarını yönlendiren bu basılı materyallerin içindeki karmaşık ‘talimat setlerini’ kodlayabiliriz.” diyor. Dış uyaranlara cevap olarak şeklini değiştirebilen kafes yapıları elektronik, robotik, tıp alanları gibi çeşitli uygulamalarda yer alabilir.

Harvard Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen kafesler, sıcaklık değişimlerine tepki olarak büyüyen veya daralan çok sayıda malzemeden oluşur. Tekniği göstermek için araştırma ekibi frekans değiştiren bir antene öncü matematikçi Carl Friedrich Gauss'un yüzüne dönüşen yassı kafesler bastı. Harvard'da Fizik ve Organizma ve Evrimsel Biyoloji Profesörü olan L Mahadevan, “Tasarım formunda matematiksel hesaplamayı ve bunu gerçekleştirmek için çok ölçekli geometri ve çok materyalli baskının bir kombinasyonunu kullanarak, bir dizi fonksiyon potansiyeli olan şekil değiştiren yapılar inşa edebiliyoruz” dedi.

►İlginizi Çekebilir: Şekil Değiştirebilen Güç Kaynağı Geliştirildi

SEAS’ın doktora sonrası araştırmacısı olan MIT'de yardımcı doçent Wim M. van Rees, “Kıvrımlı kafesin açık hücreleri, malzemenin kendisinin sınırlı bir genişlemeden geçmesine rağmen çok fazla büyüme veya küçülme kabiliyetine sahip” dedi. Bununla birlikte, basitçe kafesin kendi başına büyümesi ve daralması gerçekten karmaşık şekiller oluşturmak için yeterli değildir; ekip bunu başarmak için önceden tanımlanmış konfigürasyonlarda farklı termal genleşme davranışına sahip materyaller bastırdı. Bu şekilde kafesin her bir kaburgasının büyümesi ve büzülmesinin kontrol edilmesi sağlanır, bu da baskılı kafesin düzlemin içinde ve dışında karmaşık bir şekilde bükülmesine yol açar.

Araştırmacılar dört farklı malzeme kullandılar ve kafesin her bir kaburgasını, sıcaklıktaki bir değişikliğe yanıt olarak şekil değiştirmek üzere programladılar. Bu yöntemi kullanarak, şekil değiştirirken rezonans frekanslarını değiştirebilen şekil değiştiren bir yama anteni bastırdılar. Metodun çoklu eğrilik ile karmaşık bir yüzey oluşturma yeteneğini sergilemek için araştırmacılar bir insan yüzü yazdırmaya karar verdiler.

Çalışama için diferansiyel geometrinin temellerini atan 19. yüzyıl matematikçisi Carl Friederich Gauss’un yüzü seçildi.. Araştırmacılar, 1840'da boyanmış iki boyutlu Gauss portresi ile başladı ve açık kaynaklı bir yapay zeka algoritması kullanarak üç boyutlu bir yüzey oluşturdu. Daha sonra kaburgaları kafesin farklı katmanlarındaki Gauss'un yüzünün kıvrımlarını eşleyerek büyütmek ve küçültmek üzere programladılar.

Bu ters tasarım yaklaşımı ve çok katmanlı 4D baskı yöntemi, diğer uyaranlara duyarlı malzemelere genişletilebilir ve daha önce görülmemiş bir karmaşıklığa sahip; ölçeklenebilir, geri dönüşümlü, şekil değiştiren yapılar oluşturmak için kullanılabilir. Boston Üniversitesi'nde yardımcı doçent olarak görev yapan Boley ise. “Uygulama alanları yumuşak elektronik, akıllı kumaşlar, doku mühendisliği, robotik ve ötesi” olarak belirtti.

Araştırmacılar konuya dair son olarak “Bu çalışma, çoklu malzeme kullanarak 4D baskı teknolojileriyle birlikte geometrik ters problemlerin belirlenmesi ve çözülmesindeki son gelişmelerle sağlanmıştır. İleriye dönük olarak umudumuz, maddeyi şekillendirme konusundaki bu multidisipliner yaklaşımın geniş çapta benimsenmesidir” şeklinde ifade ettiler.

Kaynak

►news.harvard.edu
►theengineer.co.uk