ABD’deki Duke Üniversitesinden makine mühendisleri, mekanik özellikleri tekrar tekrar programlanabilen katı bloklar tasarladı. Küçük iç hücrelerin katı mı yoksa sıvı mı olduğunu kontrol ederek, blokların genel şekillerini değiştirmeden sertlik, sönümleme ve hareketinin değiştirilebildiği açıklandı.
Çalışmada, her biri 27 hücreden oluşan Lego benzeri bloklar kullanıldı. Her hücre, oda sıcaklığında katı ve sıvı haller arasında geçiş yapabilen bir galyum-demir kompoziti içeriyor. Araştırmacılar, elektrik akımıyla ısı uygulayarak hassas desenlerde belirli hücreleri sıvılaştırabiliyor ve böylece mekanik davranışı aksi takdirde sert olan bir yapıya etkili bir şekilde kodluyor.
İlk deneylerde araştırmacılar, birden fazla küpü kirişler ve sütunlar halinde birleştirdi ve bu yapıların eğilme ve titreşim davranışlarının, yalnızca hangi iç hücrelerin sıvılaştırıldığına bağlı olarak değiştiğini gözlemledi. Aynı yapı, yeniden şekillendirilmeden yumuşak kauçuk veya sert plastik gibi davranabiliyor.
En çarpıcı bulgular suda gerçekleşti. Araştırmacılar, robotik bir balık için programlanabilir bir kuyruk görevi üstlenmesi amacıyla 10 küpü düz bir kolon halinde birleştirdi. Aynı motor girdisini kullanarak, farklı iç konfigürasyonlar balığın keskin biçimde farklı rotalar boyunca yüzmesine neden oldu ve hareketin yalnızca malzeme programlaması yoluyla nasıl değiştirilebileceği gösterildi.
Canlı gibi davranan malzemeler
Interesting Engineering’in haberine göre, makalenin ilk yazarı doktora öğrencisi Yun Bai, “Canlı malzemeler yapmak istiyoruz. 3D yazıcılar belirli mekanik özelliklere sahip malzemeler oluşturabilir ancak bunları değiştirmek için baskıyı tekrarlamanız gerekir. Biz, gerçek zamanlı olarak sertliğini değiştirebilen insan kasları gibi bir şey geliştirmek istedik.” dedi.
Şekil değiştiren malzemelerin aksine, bu sistem geometriyi değiştirmeden mekanik tepkiyi değiştiriyor.
İki boyutlu testlerde araştırmacılar, ince levhaların aynı form faktörünü korurken sertlik ve sönümlemeyi hassas bir şekilde ayarlayabildiğini gösterdi. Bu levhalar piyasada satılan malzemelere karşı test edildi ve performansının daha iyi olduğu görüldü.
Üç boyutta, blokların modüler yapısı başka bir esneklik katmanı daha sundu. Her küp, Lego blokları gibi takılıp çıkarılabildi ve mühendislerin özelleştirilmiş mekanik davranışa sahip daha büyük sistemler kurmasına olanak tanıdı. Bir konfigürasyon test edildikten sonra, yapıyı sıfır santigrat dereceye dondurmak tüm hücreleri katı hale getirdi ve tekrar tekrar programlanmak mümkün oldu.
Katı mekaniği yeniden yazılıyor
İlk yazar Bai, “Bu bize farklı mekanik özelliklere sahip 3B yapılar oluşturma esnekliği sağlıyor ve blokları sıfır derecede dondurmak tüm hücreleri katı hallerine sıfırlıyor, böylece konfigürasyonları tekrar tekrar programlanabiliyor.” ifadesini kullandı.
Araştırmacılar, bu malzemenin robotik uygulamaların haricinde örneğin, sağlık alanında da kullanılabileceğini belirtiyor. Çalışmaya göre, metal bileşimi ayarlanarak, donma ve erime noktaları insan vücudu gibi ortamlar için uyarlanabilir. Çok daha küçük versiyonları gelecekte kan damarlarında gezinebilir, sağlık durumunu izleyebilir veya değişen koşullara yanıt vererek uyarlanabilir stentlere dönüşebilir.
Kaynak: Science Advances