Akıllı Sistemler

Mühendisler ‘Somutlaştırılmış Mantıkla’ Akıllı Nesneler Yazdırıyor

Sinekkapan bitkisi, bir beyin ya da sinir sistemi olmasa bile, potansiyel bir av olduğu zaman onu yakalamak için ne zaman kapanacağını ya da yanlışlıkla yiyemediği bir şeyi yakaladığında ne zaman açılması gerektiği konusunda sofistike kararlar veriyor gibi görünmektedir.

Pennsylvania’nın Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndaki araştırmacılar bu tür sistemlerden ilham aldılar. Uyarıcılara duyarlı malzemeler ve geometrik prensipler kullanarak, “somutlaşmış mantığı” olan yapılar tasarladılar. Sadece fiziksel ve kimyasal yapıları sayesinde, çevrelerine cevap olarak hangisinin birden fazla olası cevap alabileceğini belirleyebilirler.

Motor, akü, devre veya herhangi bir işlemciye sahip olmamasına rağmen, nem veya yağ bazlı kimyasallar gibi önceden belirlenmiş çevresel ipuçlarına yanıt olarak çoklu yapılandırmalar arasında geçiş yapabilirler.

Çok malzemeli 3D yazıcılar kullanarak, araştırmacılar bu aktif yapıları eğer mantık geçitleri ile iç içe geçebilen bir yapı tasarlarlarsa, her bir geçidin zamanlamasını kontrol ederek ortamdaki basit değişikliklere cevap olarak karmaşık mekanik davranışlara izin verebilirler. Örneğin, bu prensipleri kullanarak, sadece yağ bazlı bir kimyasal varlığında ve sıcaklık belirli bir eşiğin üstünde olduğunda, bir numuneyi açmak ve toplamak için bir su kirliliği izleme cihazı tasarlanabilir.

Penn Mühendisleri Nature Communications dergisindeki yaklaşımlarını özetleyen bir açık erişim çalışması yayınladı. Çalışma Penn Mühendislik Okulu Makine Mühendisliği ve Uygulamalı Mekanik Bölümü’nde yardımcı doçent olan Jordan Raney ve laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Yijie Jiang tarafından yürütülmüştür. Araştırmaya Raney’nin laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan Lucia Korpas da katkıda bulunmuştur.

Bistable Yapılar

Raney’nin laboratuvarı, bistable olan yapılarla ilgileniyor. Yani iki konfigürasyondan birini süresiz tutabilir. Ayrıca, doğru koşullar altında şeklini değiştirebilen, duyarlı malzemeler de çalışmada yer alıyor. Bu yetenekler aslında birbirleriyle özdeş değillerdir, ancak “somutlaşmış mantık” her ikisine de dayanıyor.

Raney: “Bistability, geometri ile belirlenirken, duyarlılık malzemenin kimyasal özelliklerinden kaynaklanıyor. Yaklaşımımız, bu ayrı alanlar arasında köprü oluşturmak için çok malzemeli 3D baskı kullanıyor. Böylece oluşturduğumuz yapıların geometrik parametrelerini doğru şekilde değiştirebilmek için malzeme duyarlılığından yararlanabiliyoruz.”

Daha önceki çalışmalarda, Raney ve meslektaşları açılı silikon kirişlerin bistable kafeslerinin nasıl 3D yazdırılacağını göstermişti. Birlikte basıldığında, kirişler bükülmüş bir konfigürasyonda kilitli kalır, ancak kolayca genişletilmiş formlarına geri çekilebilir. Bu bistable davranış neredeyse tamamen kirişlerin açısı, genişlik ve uzunluğu arasındaki orana bağlıdır. Şekil değiştirme malzemeleri yaygındır, ancak dönüşümleri üzerinde kontrol elde etmek daha zordur.

Raney: “Kafesin sıkıştırılması malzemede elastik enerji depolar. Kirişlerin geometrisini değiştirmek için çevreyi kontrol edilebilir bir şekilde kullanabilseydik, yapı bistable hale gelir ve saklı gerilme enerjisini serbest bırakır. Çalıştırmanın gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini ve ne zaman gerçekleşeceğini belirlemek için elektronik aletlere ihtiyaç duymayan bir çalıştırıcıya sahip olurdunuz. Birçok malzeme suyu emer ve genişler, ancak her yöne genişler. Bu bize yardımcı olmaz, çünkü kirişlerin genişliği ve uzunluğu arasındaki oran aynı kalır. Genişlemeyi sadece bir yöne sınırlayacak bir yola ihtiyacımız vardı.”

Araştırmacıların çözümü, 3D basılı yapılarını, kirişlerin uzunluğuna paralel olarak uzanan cam ya da selüloz elyaflar ile doldurmaktı. Karbon fiber gibi, bu esnek olmayan iskelet kirişlerin uzamasını engeller, ancak liflerin genişliğini artırarak lifler arasındaki boşluğun genişlemesini sağlar.

Bu geometrik kontrol yerinde iken, kirişlerin yapıldığı malzemeyi değiştirerek daha sofistike şekil değiştiren tepkiler elde edilebilir. Araştırmacılar, yağı emen silikon ve suyu emen hidrojelleri kullanarak aktif yapılar oluşturdular. Isıya ve ışığa duyarlı malzemeler de dahil edilebilir ve daha spesifik uyarıcılara cevap veren malzemeler tasarlanabilir.

3D Baskı Tekniği

Kirişlerin başlangıç uzunluk/genişlik oranının yanı sıra sert iç elyafların konsantrasyonunun değiştirilmesi, araştırmacıların farklı hassasiyet seviyelerinde çalıştırıcılar üretmelerine izin verir. Araştırmacıların 3D baskı tekniği aynı baskıda farklı malzemelerin kullanılmasına izin verdiği için, bir yapı farklı alanlarda birden fazla şekil değiştirme yanıtına sahip olabilir, hatta bir sırayla düzenlenebilir.

Jiang: “Örneğin, uygun bir çözücüye maruz kaldıktan sonra kendiliğinden açılabilecek ve daha sonra belirli bir süre sonra kapanabilecek bir kutu tasarlayarak sıralı bir mantık gösterdik. Mekanik yük belirlenmiş bir süre içerisinde uygulanır ve yalnızca hem yağ hem de su varsa açılan bir kutuya uygulanır. “

Bu somutlaştırılmış mantık yaklaşımının hem kimyasal hem de geometrik elemanları ölçekden bağımsızdır, yani bu ilkeler mikroskobik boyutlardaki yapılar tarafından da kullanılabilir.

Raney: “Bu, mikroakışkanlardaki uygulamalar için faydalı olabilir. Bir mikroakışkan çip içine akan şeyi sürekli okuyan bir katı hal sensörü ve mikroişlemci kullanmak yerine, örneğin, belirli bir kirleticiyi tespit ederse otomatik olarak kapanan bir kapı tasarlayabiliriz.”

Diğer potansiyel uygulamalar çöller, dağlar ve hatta diğer gezegenler gibi uzak, zorlu ortamlardaki sensörleri içerebilir. Pillere veya bilgisayarlara ihtiyaç duyulmaksızın, bu somutlaştırılmış mantık sensörleri insan etkileşimi olmadan yıllarca hareketsiz kalabilir, ancak doğru çevresel ipucu ile sunulduğunda devreye girebilir.

Kaynak:
sciencedaily
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (3 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close