Yaşayan organizmalar, yumuşak dokularını kasıp gevşeterek karmaşık ve üç boyutta hareketlerini ve işlevlerini gerçekleştirirler. Ancak uzun yıllardır bu kabiliyete sahip materyal üretme ve insan yapımı malzemeler ile bu hareket çeşitliliğini elde etmenin oldukça zorluğu ile yüzleşiyoruz.

University of Texas'tan bir araştırmacının Nature Communications'ta yayımladığı yeni bir makalede bu soruna bir çözüm üretilebileceğini gösterdi.

Aynı üniversitede Materials Science and Engineering Department'tan (Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü) Kyungsuk Yum ve doktora öğrencisi Amirali Nojoomi, iki boyutlu hidrojellerin genleşip kasılmalarını sağlayacak şekilde programlanmaları ile üç boyutlu karmaşık şekillerde bulunablen ve karmaşık hareket edebilen yapılar üretilebilecek bir yol keşfetti.

İstenilen zamanda ve mekanda, hidrojel yapısının istenilen yüzeyine uygulanan kuvvetler ile kontrol edilen bu üç boyutlu yapı oluşturma sürecinin yumuşak malzemelerden sistemlerin mühendisliğini, dizayn ve üretimini etkili biçimde değiştireceği öngörülüyor.

Teknolojinin potansiyel uygulamalarının içinde biyolojik yapılardan ilham alan yumuşak robotik, yapay kaslar ve programlanabilir maddeler gibi uygulama alanları bulunuyor.

Sürekli formunu ve şeklini değiştirebilen biyolojik organizma ve yapıları inceleyen araştırmacılar dinamik üç boyutlu yapıların da benzer şekilde farklı şekiller üretebilmelerini, şekil değiştirebilmelerini ve karmaşık hareket yeteneği sahibi olmalarını sağlayabilmeyi hedefliyor.

Sıcaklığa tepki üretebilen hidrojelleri kullanan bilimciler, bu hidrojelleri uzamsal olarak programlayarak sıcaklık değişimleri ile genleşip küçülmelerini sağlayan bir yaklaşım geliştirdi. Dijital ışıklar ile 4 boyutlu yazdırma uygulanan süreç hem üç boyutu hem de zamanı bir değişken olarak kullanabiliyor.

Bu metodu kullanarak Yum, tek bir aşamada çoklu 3 boyutlu yapılar üretebildiklerini belirtiyor. Yum aynı zamanda bu yumuşak malzemeleri programlayarak küçülmelerini, genleşmelerini ve huni, eğer ve büzüşük ip gibi şekilleri almalarını ve hatta yönlerini manipüle etmelerini sağlayabildiklerini söylüyor.

Daha karmaşık yapılar üretmek için modülerite konsepti üzerine dizayn kuralları geliştiren Yum, oluşturulan şekillerin dinamik olmasını sağladığını belirtiyor. Programlama ile aynı zamanda şekillerin sekanslı ve karmaşık hareketlerinin ve şekil değiştirme hızını da kontrol edebiliyoruz.

60 saniyeden kısa bir süre içinde gerçekleşen yazdırma ve programlama işleminin bu sürecin oldukça ölçeklenebilir ve endüstriyel anlamda işlevsel olduğunu gösteriyor.