Malzeme bilimciler, son zamanlarda yumuşak robotik, kontrolörler ve akıllı tekstiller gibi yeni teknolojiler oluşturmak için kullanılabilecek çeşitli son teknoloji malzemeler geliştirdiler. Biyolojik kasları şekil olarak taklit eden ve potansiyel olarak robot hareketini geliştiren veya çeşitli hava koşullarına uyum sağlayabilen giysiler tasarlamayı mümkün kılan yapılar olan yapay kaslar bu malzemeler arasında yer alıyor.
Çin’deki Jiangnan Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı, tekstil bazlı yumuşak aktüatörlere odaklanan süregelen bir çabanın parçası olarak serbest duran, tek sarmal yün ipliğine dayalı yeni yapay kaslar yarattı. Yapay kasları, Smart Materials and Structures da yayınlanan bir makalede açıklandığı gibi, ortamlarındaki nemi algılayabilen ve tepki verebilen bükülmüş aktüatörleri hızlı ve ucuz bir şekilde oluşturmak için kullanılabilir.
Çalışmanın yazarlarından biri olan Fengxin Sun’a göre, “Tekstillerin mikro ölçeklerden (örn. moleküler zincirler ve kümelenme yapıları) makro ölçeklere (örn., fiber morfolojisi ve tekstil mimarileri).” “Basit ve çevre dostu bir üretim tekniği ile serbest duran ve tek sarmal tasarıma sahip iplik bazlı yapay bir kas gerçekleştirmek hala zor.”
Sun ve meslektaşlarının son çalışmasının asıl amacı, iplikten (yani eğrilmiş iplikten) yapay kaslar oluştururken sıklıkla ortaya çıkan bazı sorunlara çözüm bulmaktı. En önemlisi, önceki araştırmalar, potansiyel olarak tehlikeli kimyasallar veya yöntemler kullanmadan bağımsız yapay kas yapıları oluşturmak için ipliği güvenilir bir şekilde bükmenin son derece zor olduğunu göstermiştir.
Bununla birlikte, Jiangnan Üniversitesi araştırmacıları, tek sarmal iplik bazlı kas üretiminin güvenilirliği için çevresel olarak kabul edilebilir bir tedavi yöntemini tam olarak belirleyebildiler. Üretim metodolojileri, entegre devreler oluşturmak için sıklıkla kullanılan bir plazma işleme prosedürü olan plazma aşındırma işlemini UV ışığıyla birleştirir.
Bu işleme yöntemi, yapay kasların çalıştırma performansını geliştirerek yünlü liflerden enerji kaybını azaltabilir. Aynı zamanda verimli, uyarlanabilir ve kullanımı kolaydır, bu da onu bu kas benzeri yapıların endüstriyel üretimi için ideal hale getirir.
Sun, kendisinin ve ekibinin geliştirdiği yün iplikten yapay kasların, dönüşümlü olarak nemli ve kuru ortamlara maruz kaldığında tersine çevrilebilir burulma hareketi sergilediğini belirtti. “Yüksek derecede bükülmüş yünlerin ıslanmadan sonra artan higroskopik genleşmesi nedeniyle, iplik kasları olağanüstü bir burulma hareketi sergiler. Yeniden şekillendirilmiş disülfit ağları, yünlere, yünlü ipliklere bir “şekil hafıza etkisi” veren katılaştırılmış bir sarmal topoloji sağlar.
Araştırmacıların yapay kas yapısını oluşturan iplik, kullandıkları yaratıcı tasarım ve üretim yöntemi sayesinde kurutulduğunda orijinal sarmal şeklini geri kazanabiliyor ve bu da harici bir yay entegrasyonu ihtiyacını ortadan kaldırıyor. Ön deneylerde, tek sarmal iplik esaslı kasların neme duyarlı, tersinir ve yüksek nem harekete geçirme performansı gösterildi.
Şaşırtıcı bir şekilde, Sun ve meslektaşlarının üretim süreci de çevre dostudur çünkü herhangi bir tehlikeli veya kimyasal katkı maddesi gerektirmez. Yapay kasları, daha çevre dostu teknolojiler ve akıllı kumaşlar geliştirmek için kullanılabilir çünkü yün doğal olarak biyolojik olarak parçalanabilir ve yeniden kullanılabilir.
UV ışığı aydınlatması ve otooksidasyon yoluyla iplik kaslarına eklenen bükümleri stabilize etmek için yünlerin sarmal yapı durumundaki reforme edilmiş disülfid köprülerinin iç-bağ etkisini kullanıyoruz. Tek sarmal yapıların tipik olarak kararsız olduğu ve harici burulma bağı olmadan bükülmeye eğilimli olduğu düşünülmektedir. Bu yöntem, yünlü iplik kaslarının çalıştırma performansını önemli ölçüde artırır ve çevreye tamamen zararsızdır.
Bu bilim adamları ekibinin gelecekteki çalışmaları, robotlar için büyük ölçekli, uygun maliyetli ve sürdürülebilir bir şekilde yapılabilecek yeni iplik bazlı aktüatörlerin ve sentetik kasların yaratılması için bir ilham kaynağı olabilir.
Ayrıca akıllı giysiler, akıllı kamp ekipmanları ve rahat, nefes alabilen, toksik olmayan ve cilde iyi gelen diğer akıllı tekstil ürünleri için tekstiller yapmak için kullanılabilecek tek sarmal yün iplik ürettiler.
Akıllı tekstillerde iplik kaslarının pratik kullanımına yönelik seri üretimlerini gerçekleştirmek ve teknolojik yenilikleri teşvik etmek için Sun, “Araştırmamızın bir sonraki aşamasında, yapay kaslarımızın endüstriyel üretimine giden yolu keşfedeceğiz.”
Çeşitli hava koşullarına uyum sağlamak için kumaş üzerindeki hava tutuşlarını akıllıca değiştirebilen iplikli bir giysi hayal edin. Günlük hayatımızda bu kıyafetlerin uygun fiyatlı versiyonlarını bulmayı umuyoruz.”
Kaynak: techxplore
