Bir mikroskop altında, her biri bir kum tanesinden daha küçük olan, şekerleme benzeri yapıların bir buketi, bir petri kabında sıvı içinde nazikçe dalgalanıyor. Aniden, bir bilim insanı kabın üzerinde küçük bir mıknatıs salladığında, bu yapılar, bir Venüs kapanı gibi bir araya geliyor. Daha önce pasif yapıların bir araya geldiği bu durum, anında aktif bir robotik kavrayıcıya dönüşüyor.
Şekerleme kavrayıcı, MIT mühendisleri ve İsviçre'deki École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ile Cincinnati Üniversitesi'ndeki işbirlikçileri tarafından geliştirilen yeni bir tür yumuşak manyetik hidrojelin bir gösterimidir. Bugün Matter dergisinde yayımlanan bir çalışmada, MIT ekibi, karmaşık, manyetik olarak aktive edilebilen üç boyutlu yapıların üretimi ve yazdırılması için yeni bir yöntem bildirmektedir.
Yeni jel, yumuşak, mikroskobik, manyetik olarak tepki veren robotlar ve malzemeler için bir temel olabilir. Bu tür magno-botlar, örneğin, bir dış mıknatıs tarafından yönlendirildiğinde ilaç salmak veya biyopsi almak için tıpta kullanılabilir.
Mıknatıslarla nesneleri hareket ettirmek yeni bir şey değil, en azından makro ölçekte. Örneğin, bir buzdolabı mıknatısını bir kağıt klipsi yığınının üzerinde sallayarak, mıknatısı takip eden klipsleri hareket ettirebiliriz. Mikroskopik ölçekte ise, bilim insanları, bir mıknatıs tarafından uzaktan yönlendirilebilen, milimetreden daha küçük çeşitli manyetik "mikro-yüzücüler" tasarlamışlardır. Bu tasarımlar, çoğunlukla, manyetik parçacıkları yazdırılabilir bir reçinaya karıştırarak ve tüm yüzücüyü bir dış mıknatısın yönüne çekerek çalışır.
Buna karşın, MIT ekibinin yeni malzemesi, mikron ölçeğinde daha karmaşık ve şekil değiştirebilen yapılar haline getirilebilir. Bu özellikler, bir manyetik milibotun bireysel özellikleri hareket ettirmesine ve daha karmaşık manevralar yapmasına olanak tanıyabilir.
“Artık aynı mikroskobik yapı içinde karmaşık şekillerde hareket edebilen ve şekil değiştirebilen bileşenlere sahip yumuşak, karmaşık bir 3D mimari üretebiliyoruz,” diyor çalışmanın yazarı Carlos Portela, MIT'de Mekanik Mühendislik alanında Robert N. Noyce Kariyer Geliştirme Doçenti. “Yumuşak mikroskobik robotlar veya uyarana tepki veren maddeler için bu, oyun değiştirici bir yetenek olabilir.”
Çalışmanın MIT'li ortak yazarları arasında lisansüstü öğrencileri Rachel Sun ve Andrew Chen ile EPFL'den Yiming Ji ve Daryl Yee ve Cincinnati Üniversitesi'nden Eric Stewart bulunmaktadır.
Bir anda
MIT'de, Portela'nın grubu, olağanüstü, mikroskobik mimarilerle mühendislik yapılmış yeni metamaddeler geliştiriyor. Portela, son derece dayanıklı ve esnek mimariler ile sesi manipüle edebilen ve şiddetli darbelere dayanabilen tasarımlar da dahil olmak üzere çeşitli metamaddeler üretmiştir.
En son olarak, belirli kimyasallar, ışık ve elektrik ve manyetik alanlar gibi uyarıcılara tepki verecek şekilde mühendislik yapılabilen “programlanabilir” malzemelere araştırmasını genişletmiştir.
Ekip açısından, manyetik uyarıcılar diğerlerinden farklı bir şekilde öne çıkıyor.
“Manyetik olarak tepki veren bir malzeme ile uzaktan kontrol sağlıyoruz ve tepki anındadır,” diyor ortak yazar Andrew Chen. “Yavaş bir kimyasal reaksiyon veya fiziksel süreç beklemek zorunda değiliz ve malzemeyi dokunmadan manipüle edebiliriz.”
Yeni çalışma için ekip, milimetreden daha küçük yapılar haline getirilebilen manyetik olarak tepki veren bir metamadde yaratmayı hedefledi. Araştırmacılar genellikle mikro yapıları, bir lazerin küçük bir reçine havuzuna ışık çakmasıyla yüksek çözünürlüklü 3D yazdırma tekniği olan iki foton litografisi kullanarak üretirler. Tekrar eden ışık çakmalarıyla, lazer, reçineye mikroskobik bir desen çizer ve bu desen, katman katman katılaşarak aynı deseni oluşturur.
3D reçine yazdırma, karmaşık mikro yapılar üretsede, aynı süreci manyetik yapıları yazdırmak için kullanmak bir zorluk olmuştur. Araştırmacılar, karışımı yazdırmadan önce reçineyi manyetik nanoparçacıklarla birleştirmeye çalışmışlardır.
