Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, LEGO parçalarının modüler yapısını Transformers oyuncaklarının şekil değiştirme özelliğiyle bir araya getiren yeni bir blok yapısı geliştirdi. Bifur-circuits adı verilen 3B baskılı akıllı modüller, birbirlerine bağlanırken farklı biçimlere dönüşebiliyor. Üstelik bu dönüşüm sırasında modüller arasındaki elektrik bağlantıları kesilmiyor. Mobilyalardan rehabilitasyon ekipmanlarına ve robotik tutuculara kadar farklı alanlarda kullanılabiliyorlar.
Şekil değiştirebilen yapılar, farklı koşullara uyum sağlayan geometriler oluşturmanın yanı sıra kavranan nesneye zarar vermeden güçlü bir tutuş elde etmek açısından da önem taşıyor. Bu tür yapıların afet koşullarında ve dünya dışı yaşam alanlarında kullanılması da olası uygulamalar arasında yer alıyor. MIT ekibinin geliştirdiği sistem, tasarımcıların bir prototipten diğerine hızlıca geçerek farklı mekanik düzenekleri denemesine olanak tanıyor.
Araştırmacıların geliştirdiği prototipler arasında masaya dönüşebilen ve kullanılmadığında saklama amacıyla katlanabilen sandalyeler bulunuyor. Bu mobilyalar, hangi konfigürasyonda olduklarını algılayabiliyor ve ilgili bilgileri ekranlar aracılığıyla kullanıcılara aktarabiliyor.
Afet koşullarında ve dünya dışı yaşam alanlarında kullanılması olası
Bifur-circuits teknolojisinin potansiyeli akıllı mobilyalarla sınırlı değil. Sistem, ameliyat veya kaza sonrasında kullanıcıların duruşlarını değiştirmelerine yardımcı olan tıbbi destek ve rehabilitasyon ekipmanlarında kullanılabilir. Ayrıca mobilyaların bazı bölümleri yeniden yapılandırılarak yumuşak robotik tutuculara dönüştürülebilir. Afet bölgelerinde kullanılabilecek dinamik barınaklar da olası uygulamalar arasında. MIT ekibi, kullanıcının verdiği şekle göre farklı video oyunlarını başlatan, şekil değiştirebilen bir oyun kumandası da geliştirdi. Aşağıdaki videoda bu kumandayı görebilirsiniz.
Bifur-circuits, tekrarlanan birimlerden oluşan ve geometrileri sayesinde karmaşık biçimler alabilen mekanik meta malzemeler sınıfına giriyor. Bu yapıların önemli özelliklerinden biri, esnetildiklerinde incelmek yerine genişlemelerini sağlayan auxetic geometrileri. Araştırmacılar daha önce aynı prensipten yararlanarak üç farklı biçime geçebilen antenler geliştirmişti. Bu antenler, hareketli ve karmaşık mekanik parçalara ihtiyaç duymadan farklı frekans aralıklarına uyum sağlayabiliyordu. Ancak yalnızca üç sabit biçimle sınırlı kalmaları, ekibi daha fazla kombinasyona olanak tanıyan yeni bir sistem üzerinde çalışmaya yöneltti.
Her bağlantı yeni bir elektrik devresi oluşturuyor
Yeni sistemde modüllerin birbirine bağlanma ve döndürülme biçimleri, çok daha fazla sayıda konfigürasyon oluşturulmasını sağlıyor. Bunu mümkün kılan özelliklerden biri, mekanik çatallanma (mechanical bifurcation) olarak adlandırılıyor. Bir mekanizmaya uygulanan kuvvet belirli bir eşiği geçtiğinde çalışma biçiminin aniden değişmesini ifade eden bu olgu, örneğin plastik bir cetvelin belirli bir kuvvetten sonra bükülerek şeklini değiştirmesinde de görülüyor. Bifur-circuits sisteminde ise bağlantılı blokların belirli yönlerde döndürülmesiyle farklı ve daha kararlı geometriler ortaya çıkıyor. Yapıya eklenen her yeni modül, olası konfigürasyonların sayısını üstel olarak artırıyor.
Modüllerin içinde bulunan iletken malzeme sayesinde, parçalar birbirine bağlandığında komşu birimler arasında kendine özgü bir elektrik devresi oluşuyor. Böylece modüller birbirleriyle iletişim kurarak yapının hangi biçimde olduğunu algılayabiliyor. Üstelik sistem, dışarıdan kablo bağlantısına ihtiyaç duymadan elektriksel bütünlüğünü koruyor. Araştırmacıların karşılaştığı en önemli zorluklardan biri, tekrar tekrar bükülebilecek kadar esnek olmasına rağmen elektriği verimli biçimde iletebilen bir malzeme bulmaktı. Bu amaçla kullanılan Filaflex 92A adlı iletken malzeme, tasarımın algılama mekanizmasının nasıl çalışacağını da belirledi. Yapılan dayanıklılık testlerinde modüller 10 bin kez sıkıştırılmasına rağmen elektrik bağlantılarında herhangi bir bozulma görülmedi.
Araştırmacılar ayrıca yeni modüllerin tasarımını kolaylaştırmak için kullanıcı dostu bir yapım ve simülasyon yazılımı geliştirdi. Çok malzemeli 3B yazıcılarla çalışan yazılım, yeni bifur-circuits tasarımları oluşturabiliyor ve bunların tek bir baskı işleminde üretilmesi için gerekli talimatları hazırlıyor.
Çalışmanın başyazarı, MIT Makine Mühendisliği Bölümü yüksek lisans öğrencisi Marwa AlAlawi. Araştırmada MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü yüksek lisans öğrencisi Ticha Sethapakdi ile aynı bölümde ve Makine Mühendisliği Bölümü’nde doçent olan, Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zekâ Laboratuvarı (CSAIL) bünyesindeki İnsan-Bilgisayar Etkileşimi Grubu’nun yöneticisi Stefanie Mueller eş kıdemli yazarlar olarak yer alıyor. Araştırma ekibinde ayrıca Michigan Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi’nden araştırmacılar bulunuyor.
Çalışma, ACM Kullanıcı Arayüzü Yazılımları ve Teknolojisi Sempozyumu’nda sunulacak. Araştırmanın bir bölümü Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı ile Bahreyn Veliaht Prensi Uluslararası Burs Programı tarafından finanse edildi. Ekip, gelecekte daha fazla etkileşim özelliği sunan ve farklı meta malzeme geometrileri oluşturabilen modüller geliştirmeyi hedefliyor. AlAlawi, nihai hedefin istenilen biçimde yapılar oluşturabilen, yapısal olarak kararlı ve hareket ettirilebilir akıllı mekanik yapı taşları geliştirmek olduğunu belirtiyor.
Görsel: MIT
