ETH Zürih laboratuvarda kas üretti: Robotlar 10 kat güçlendi

Elektrik motoru yerine laboratuvarda üretilen canlı doku

Geleneksel mikro motorlar veya pnömatik sistemler yerine ETH Zürih Yumuşak Robotik Laboratuvarı ekibi, mekanik hareketi sağlamak için doğrudan canlı kas dokusu üretti.

Mikro robotik alanı yıllardır aynı fiziksel engele takılıyor: Küçük elektromanyetik motorlar fazla sert, ağır ve ciddi enerji tüketiyor. ETH Zürih mühendisleri bu sorunu aşmak için fare kas hücrelerini sentetik iskeletler üzerinde çoğalttı ve tıpkı biyolojik dokular gibi kasılıp gevşeyen santimetre boyutunda biyo-aktüatörler üretti.

Donanım dünyası farklı alanlarda darboğazlarla uğraşırken—örneğin çip tarafında SK Hynix küresel RAM krizi konusunda uyarılar yaparken—biyohibrit araştırmaları bilindik parça tedarik süreçlerini tamamen denklemden çıkarıyor. Kas dokusuyla çalışan önceki robotik denemelerde kasılmalar o kadar zayıftı ki hareketleri yalnızca mikroskop altında gözlemlenebiliyordu. Araştırmanın eş yazarlarından Aiste Balciunaite, klasik kas kalıplarını terk edip bilgisayar destekli yeni bir mimariye geçtiklerini belirtiyor. Yeni tasarım, önceki prototiplere göre 10 kat daha fazla mekanik hareket üreterek çıplak gözle net şekilde görülebilen bir kuvvet sağlıyor.

ETH Zürih biyohibrit robot özellikleri ve performansı

Biyohibrit robotlar nasıl yürüyor ve yüzüyor?

Elde edilen bu performans sıçraması, iskelete daha fazla kas kütlesi eklemekten kaynaklanmıyor. Mühendisler, doku ile sentetik kemik yapısı arasındaki mekanik bağlantı noktasının genel gücü belirlediğini keşfetti. Yapay iskeletin üzerine özel tutunma kanalları açan ekip, kas liflerinin yüzeye çok daha sıkı tutunmasını ve kuvveti kayıpsız iletmesini sağladı.

Bu mekanik tutuş farklı hareket kabiliyetlerine kapı aralıyor. Araştırmacılar suda yüzen, nesneleri kavrayan ve saniyede 6,2 milimetre hızla ilerleyen yürüyen varyantlar sergiledi. Canlı lifler biyolojik çeşitlilik taşıdığı için üretilen her aktüatör milimetrik düzeyde farklı organik tepkiler veriyor; bu da seri üretim çelik ve silikon parçaların standart toleranslarından oldukça farklı bir yapı sunuyor.

En büyük engel: Hayatta kalma zorunluluğu

Elbette ortalıkta serbestçe dolaşan biyolojik robotlar için henüz çok erken. Canlı donanım kullanmanın en belirgin dezavantajı, biyolojik bakım istemesi. Bu robotlar şu an için yalnızca hücreleri besleyen ve kas dokusunu diri tutan özel bir besin sıvısının içinde çalışabiliyor.

Makineleri laboratuvardaki bu sıvı hazneden çıkarmak için ya minyatür dolaşım sistemleri ya da metabolik yakıt sağlayan koruyucu sentetik zarlar geliştirmek gerekecek. Malzeme bilimciler kuruma ve besin aktarımı sorununu çözene kadar canlı aktüatörler sadece sıvı ortamlarda var olabilecek.

Türkiye'de durum ne?

Bu çalışma tamamen akademik bir araştırma projesi aşamasında ve ticari satışı olan bir ürün değil. Bu nedenle Türkiye'de ya da dünyada son kullanıcının veya endüstrinin erişebileceği hazır bir donanım bulunmuyor.

Geliştirilen teknolojinin gelecekte tıbbi implantlar, mikro cerrahi araçları veya biyomedikal teşhis cihazlarında yer bulması hedefleniyor. Türkiye'deki biyomekanik ve robotik araştırma laboratuvarları için bu yöntem, geleneksel mikro motorlara ihtiyaç duymadan organik aktüatörler tasarlamak adına önemli bir referans oluşturuyor.

Canlı hücreleri mikroskobik birer deney olmaktan çıkarıp doğrudan mekanik birer bileşene dönüştüren ETH Zürih, yumuşak robotik alanını biyolojik canlıların çevikliğine bir adım daha yaklaştırdı. Sırada dokuların sıvı havuzuna muhtaç olmadan beslenebilmesini sağlamak var.