Robotların Kaslarını Esnetmesine Yardımcı Olan Polimer Teknolojisi

Robot teknolojisi büyük bir hızla gelişmeye devam ediyor. İnsansı robotların önündeki en büyük engelse esneklik olarak öngörülüyordu. Ancak ACS Central Science tarafından yapılan araştırmalar sonrasında artık bunun imkansız olmadığı ortaya çıktı.

Şekil hafızalı polimerler gerildiğinde veya deforme olduğunda ısı veya ışık uygulandıktan sonra orijinal şekillerine geri dönerler. Bu malzemeler yumuşak robotik, akıllı biyomedikal cihazlar ve konuşlandırılabilir uzay yapıları için büyük umut vaat ediyor. Ancak şimdiye kadar yeterince enerji depolayamadılar.

ACS Central Science‘daki araştırmacılar, önceki versiyonlardan neredeyse altı kat daha fazla enerji depolayan şekil hafızalı polimer malzeme geliştirdiler.

Şekil hafızalı polimerler, orijinal, deforme olmamış bir durum ile ikincil deforme olmuş bir durum arasında değişir. Deforme olmuş durum, polimerin gerilmesiyle oluşturulur ve ısı veya ışıkla tersine çevrilen dinamik bağlanma ağları veya gerilimin neden olduğu kristalleşme gibi moleküler değişiklikler tarafından yerinde tutulur. Polimer daha sonra depolanan entropik enerjinin serbest bırakılmasıyla orijinal durumuna geri döner. Zhenan Bao ve meslektaşları, orijinal durumuna geri dönerken büyük miktarda enerji salmasına izin veren, kararlı, oldukça uzun bir duruma uzanan yeni bir şekil hafızalı polimer türü geliştirmek istediler.

Araştırmacılar 4,4′-metilen bisfenilüre birimlerini bir poli(propilen glikol) polimer omurgasına dahil ettiler. Polimerin orijinal durumunda, polimer zincirleri karışık ve düzensizdi. Gerilme, zincirlerin hizalanmasına ve üre grupları arasında hidrojen bağları oluşturmasına neden olarak, oldukça uzamış durumu stabilize eden süper moleküler yapılar yarattı. Isıtma, bağların kopmasına ve polimerin başlangıçtaki düzensiz durumuna büzülmesine neden oldu.

Testlerde, polimer orijinal uzunluğunun beş katına kadar gerilebilir ve 17.9 J/g’ye kadar enerji depolayabilir –– önceki şekil hafızalı polimerlerden neredeyse altı kat daha fazla enerji. Ekip, gerilmiş malzemenin bu enerjiyi, ısıtıldığında kendi ağırlığının 5.000 katı nesneleri kaldırmak için kullanabileceğini gösterdi. Ayrıca ahşap bir mankenin üst ve alt koluna önceden gerilmiş polimeri bağlayarak yapay bir kas yaptılar. Isıtıldığında malzeme büzülerek mankenin kolunu dirseğinden bükmesine neden oldu. Araştırmacılar, rekor düzeyde yüksek enerji yoğunluğuna ek olarak, şekil hafızalı polimerin de ucuz olduğunu (hammaddelerin libre başına yaklaşık 11 $ maliyeti) ve yapımının kolay olduğunu söylüyor.