Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

ABD’nin Texas bölgesinde yer alan Austin'deki Texas Üniversitesi ve Penn State Üniversitesi'nden araştırmacılar, günümüzde mevcut olan diğer seçeneklerden birçok yönden daha iyi ve bir kas gibi performans gösterebilen yeni bir lif türü yaptılar. İnsan vücudunu, özellikle kas hareketini kontrol eden aktüatörlerin taklit edilebilmesi dünya çapında büyük ilgi görmektedir. Son yıllarda robotik, protez uzuvlar ve daha fazlasını geliştirmek için birçok yeniliğe yol açan bu yeni teknolojiyi oluşturmak tipik olarak pahalı ve bulunması zor malzemelerle karmaşık süreçleri içermektedir.

Çalışmada yazılanlara göre kas benzeri liflerin yapılması ve geri dönüştürülmesi kolay. Başlangıçta başka bir proje üzerinde çalışılırken keşfedilen bu lifler, bugün piyasada bulunanlara kıyasla daha verimli, esnek ve artan gerilimi kaldırabiliyorlar.  

Araştırmayı yöneten Doç. Manish Kumar, “Temel olarak, bunu yapmak için mekanik bir motor kullanmak yerine, uyaranlara yanıt veren ve gücü geri veren bir robotta bu liflerden bir uzuv oluşturabilirsiniz. Bu oldukça iyi, çünkü o zaman daha yumuşak bir dokunuşa sahip olacaktır” dedi.

Bu tür bir robotik kol, zayıf kolları olan kişilerin hareket ve güç kazanmalarına yardımcı olmak için yardımcı bir dış iskelet olarak kullanılabilir. Araştırmacılar, başka bir potansiyel uygulamanın cerrahi prosedürlerde de kullanılabileceğini ve yara iyileştiğinde vücutta doğal olarak bozulabilen bir tür "kendi kendine yok olan bandaj" olabileceğini belirttiler.

Araştırmanın yazarlarından Doç. Robert Hickey, “Aktüatörler, bir makinenin büzülecek, bükülecek veya genişleyecek parçaları gibi herhangi bir dış uyaran altında değişecek veya deforme olacak herhangi bir malzemedir. Robotik gibi teknolojiler için, bu malzemelerin temelde yapay kaslar gibi davranabilen yumuşak, hafif versiyonlarını geliştirmemiz gerekiyor. Bizim işimiz gerçekten bunu yapmanın yeni bir yolunu bulmakla ilgilidir” dedi.

Fiber malzeme, bir blok kopolimer olarak bilinir. Bunu oluşturmak içinse polimeri bir çözücüye koymak ve ardından su eklemek gerekiyor. Polimerin bir kısmı hidrofiliktir; diğer kısmı ise hidrofobiktir. Polimer grubunun hidrofobik kısımları, kendilerini sudan korumak için bir araya gelerek elyafın yapısını oluşturur. Sonra da araştırmacıların elde ettiği kası taklit edebilen fiber lifler ortaya çıkar.

Benzer mevcut lifler parçaları birbirine bağlayan reaksiyonları uyarmak için bir elektrik akımına ihtiyaç duymaktadır. Bu kimyasal çapraz bağlamanın gerçekleşmesi, araştırmacıların mekanik bir reaksiyon olan yeni lifiyle karşılaştırıldığında daha zordur. Bir başka deyişle parçalar işin çoğunu kendileri hallederler. Eklenen bir diğer avantaj, işlemi tersine çevirmenin ve lif parçalarını orijinal durumlarına döndürmenin basit olmasıdır.

Kumar, “Bu lifleri polimerden yapma kolaylığı ve geri dönüştürülebilirliği çok önemlidir ve diğer karmaşık yapay kas araştırmalarının çoğunun kapsamadığı bir husustur” dedi.

Araştırmacılar, liflerinin enerjiyi harekete dönüştürme açısından yüzde 75 daha verimli olduğunu, yüzde 80 daha fazla baskıyı (zorlanmayı) kaldırabildiğini ve mevcut aktüatörlere göre daha fazla hız ve kuvvetle dönebildiğini buldular. Ayrıca kırılmadan önce uzunluğunun yüzde 900'ünden fazla esneyebilir, uzayabilirler.

Keşif, araştırmacılar başka bir çalışma üzerine çalışılırken şans eseri bulundu. Araştırmacılar su filtrasyonu için membranlar (zarlar) yapmak için bu polimerleri kullanmaya çalışıyorlardı, ama yaptıkları yapılar membranlar için çok uzundu. Orijinal uzunluklarının beş katına kadar uzandılar ve bu uzunluğu tuttular. Araştırmacılar, bu özelliklerin kas dokusuna benzer olduğunu fark ettiler ve bu nedenle odağı değiştirmeye karar verdiler.

Araştırmacılar projenin başlarında ve daha sonra polimerin yapısal değişiklikleri hakkında daha fazla bilgi edinmeyi ve enerji yoğunluğu ve hız dâhil olmak üzere bazı harekete geçirme özelliklerini iyileştirmeyi planlıyorlar. Aynı tasarım tekniğini, ışık gibi farklı uyaranlara tepki veren aktüatörler oluşturmak için de kullanabilirler.

Makale:

Nanostructured block copolymer muscles: https://www.nature.com/articles/s41565-022-01133-0