Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Stanford'da Biyomimetik ve Becerikli Manipülasyon Laboratuvarı'nda eski bir yüksek lisans öğrencisi olan Wilson Ruotolo; "Robotik ellerin güçlü ve hassas bir kavrayış gerçekleştirdiğini ve ardından aradaki her şeyi yapabileceklerini ima ettiğini göreceksiniz. Aynı anda hem hünerli hem de güçlü manipülatörlerin nasıl yaratılacağına değinmek istedik."

Bu hedefin sonucu, mühendisler Ruotolo ve Stanford'da Biyomimetik ve Becerikli Manipülasyon Laboratuvarı'nda yüksek lisans öğrencisi olan Dane Brouwer tarafından geliştirilen ve 15 Aralık'ta yayınlanan bir makalede ayrıntıları verilen robotik bir ele "farmHand" adı verildi. Araştırmacılar, yaptıkları testlerde farmHand'in çiğ yumurtalar, üzüm salkımları, tabaklar, sürahiler, basketbol topları ve hatta bir avuç içi öğütücü dahil olmak üzere çok çeşitli öğeleri kavrayabildiğini gösterdi.

FarmHand iki tür biyolojik ilhamdan yararlanıyor. Dört parmaklı da olsa çok eklemli parmaklar bir insan elini andırırken, parmakların üzeri gekodan ilham alan yapıştırıcılarla kaplanmıştır. Bu kavrayıcı ama yapışkan olmayan materyal, gecko ayak parmaklarının yapısına dayanmaktadır ve son on yılda, aynı zamanda kıdemli yazar olan Fletcher Jones, Mühendislik Okulu'nda Profesörü Mark Cutkosky liderliğindeki Biyomimetik ve Becerikli Manipülasyon Laboratuvarı tarafından geliştirilmiştir. Gekodan ilham alınan yapıştırıcıyı çok parmaklı, antropomorfik bir tutucuda ilk kez kullanmak zorlu bir işti ve farmHand'in parmaklarını kontrol eden tendonlara ve yapıştırıcının altındaki parmak pedlerinin tasarımına özel dikkat gösterilmesini gerektiriyordu.

Uzay Projesi

Geko'nun ayak parmakları gibi, geko yapıştırıcısı da mikroskobik kanatlar aracılığıyla güçlü bir tutuş sağlar. Bir yüzeyle tam temas halindeyken, bu kanatlar bir Van der Waals kuvveti yaratır. Moleküllerin dışındaki elektronların pozisyonlarındaki ince farklılıklardan kaynaklanan zayıf bir moleküller arası kuvvet. Sonuç olarak, yapıştırıcılar güçlü bir şekilde kavrayabilir ancak bunu yapmak için çok az gerçek kuvvet gerektirir. Ayrıca dokunulduğunda yapışkanlık hissetmezler veya geride kalıntı bırakmazlar.

Cutkosky, “Geko yapıştırıcılarının ilk uygulamaları,  tırmanan robotlarla,  insanlara tırmanarak  veya uzayda çok büyük, çok düzgün nesneleri kavramakla ilgiliydi. Ancak bunları daha gerçekçi uygulamalar için kullanmayı her zaman aklımızda tuttuk. Sorun şu ki, gecko yapıştırıcılarının aslında oldukça müşkülpesent olduğu ortaya çıktı."dedi.

Bir diğer sorun ise, Van der Waals kuvvetini harekete geçirmek için gecko yapıştırıcılarının belirli bir şekilde bir yüzeye bağlanması gerekiyor. Bu, düz bir yüzeye düzgün bir şekilde uygulandıklarında kontrol etmek için yeterince kolaydır, ancak kavrama, farmHand gibi bir nesneye çeşitli açılardan temas eden birden fazla gecko yapışkan yamaya dayandığında çok daha zordur.

Tutuş ve Kavrama

Yapıştırıcıların altında, farmHand'in parmak pedleri bu zorluğun üstesinden gelmeye yardımcı olur. Az kuvvetle bükülen katlanabilir bir kaburga yapısından yapılmıştır. Temas konumu veya açısı ne olursa olsun, nervürler yapışkan pedler üzerinde eşit kuvvetler sağlamak ve herhangi birinin zamanından önce kaymasını önlemek için sürekli olarak bükülür. Brouwer, "Bu kaburgaları hareket ettirirseniz, burkulma, nereden başlarsanız başlayın benzer bir kuvvetle sonuçlanır. Bu, robotik dışındaki alanlarda bile uygulanabilecek basit, fiziksel bir davranış, belki de ayakkabı sırtı veya arazi lastikleri gibi." dedi. Elin tendonları da çok önemli konumdalar çünkü aşırı genişlemiş bir tutuş sağlarlar. Pek çok robotik el ve kıskaç, nesneleri yalnızca parmaklarınızın ucuyla almak gibi "C" şeklindeki nesneleri kıstırırken, farmHand parmak uçlarını pedlere bastırarak sıkıştırır. Bu, yapıştırıcılara çalışmak için daha fazla yüzey alanı verir.

Tasarımı doğru yapmak özellikle zordu çünkü mevcut bilgisayar simülasyonları, yumuşak nesnelerle gerçek dünya performansını tahmin etmekte zorlanıyor. Ancak araştırmacılar, sert ve yumuşak plastik bileşenlerin çoğunu nispeten hızlı döngülerde 3D baskı yapabilmek ve test edebilmekten yararlandılar

Araştırmacılar farmHand'de daha fazla iyileştirme, kullanıcıların nasıl kavradığını ve el kullanımdayken nasıl daha iyi kavrayabileceğini anlamalarına yardımcı olacak geri bildirim özellikleri biçiminde gelebilir. Araştırmacılar ayrıca çalışmaları için ticari uygulamaları da düşünüyorlar.

Kaynak:eurekalert.org

Makale:science.org