18:06:12

Kendi Kendini İyileştiren Elektronik Deride Çığır Açan Gelişme
Bu Bilim Kurgu Değil: Robotlar Yakında İnsanlar Gibi İyileşebilir!

Stanford Üniversitesi’ndeki bilim insanları, insan derisinin olağanüstü yeteneklerinden ilham alarak sentetik deri teknolojisinde önemli bir atılım gerçekleştirdi. Araştırmacılar, cildimizin doğal iyileşme sürecine çok benzeyen, otomatik yeniden hizalama yoluyla iyileşen çok katmanlı bir ince film sensörü geliştirdiler…

İnsan derisi, çeşitli dış uyaranları algılama ve bunlara tepki verme ve kendi kendini iyileştirme konusundaki şaşırtıcı yeteneği ile uzun zamandır mühendislerin ilgi ve ilham konusu olmuştur. Önemli ölçüde esneme ve geri çekilme yeteneğine sahiptir ve vücudu bakteriler, virüsler, toksinler ve zararlı radyasyon gibi bir dizi dış tehdide karşı etkili bir şekilde korur.

Stanford‘dan Çığır Açan Buluş: Çok Katmanlı Kendi Kendini İyileştiren Sentetik Deri

Bu özelliklerden yola çıkan bilim insanları, robotlara ve protez uzuvlara, kendi kendilerini iyileştirme yeteneği de dahil olmak üzere daha insani nitelikler kazandırabilecek sentetik bir deri üretmeye çalışıyorlar. Stanford Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar bu hedefe ulaşma yolunda önemli bir adım atmayı başardılar.

Stanford‘da doktora adayı olan ve Science dergisinde yayımlanan bir çalışmanın ortak yazarı olan Chris Cooper‘ın ifadesiyle, “İyileşme sırasında otomatik olarak yeniden hizalanan çok katmanlı, ince film sensörünün ilk gösterimi olduğuna inandığımız şeyi başardık."

İnsan derisinde iyileşme süreci, doğru bir şekilde yeniden bir araya gelen birden fazla katmanın stratejik olarak kendi kendini hizalamasını içerir. Cooper ve diğer ortak yazar Sam Root, bunu sentetik deride taklit etmek için katmanlamanın çok önemli olduğunu vurguluyor. Geliştirdikleri sentetik derinin her katmanı, insan derisinin davranışını yakından taklit ederek, genel işlevi geri kazanmak için seçici olarak kendi kendine iyileşebilir.

Cildin doğal yapısı, benzersiz bir şekilde moleküler tanıma ve sinyalleşme yeteneğine sahip çoklu katmanlardan oluşur. Bu da dokunun orijinal katmanlı yapısında yeniden inşa edilmesi gibi karmaşık bir süreçle sonuçlanır. Cooper, sentetik deri ile amacın, bu katmanların tıpkı insan derisi gibi doğal ve otonom bir şekilde yeniden hizalanmasını sağlamak olduğunu söylüyor.

 Önemli bir gelişme

Root, ekibin her biri bir mikron kadar ince bireysel işlevsel katmanlara sahip sentetik deri oluşturabileceğini açıklayarak devam ediyor. Bu da on ya da daha fazla katmanın toplam kalınlığını bir kağıt yaprağından daha fazla yapmayacaktır. Her katman basınç, sıcaklık ve gerilim gibi belirli değişiklikleri algılayacak şekilde tasarlanabilir ve sentetik deriyi son derece işlevsel hale getirebilir.

Profesör Zhenan Bao liderliğindeki ekip daha önce 2012 yılında ilk çok katmanlı kendi kendini iyileştiren sentetik elektronik deriyi rapor etmesiyle biliniyordu. Ancak şu anki çalışmalarını diğerlerinden ayıran şey, katmanların iyileşme süreci sırasında kendi kendilerini tanıyıp benzer katmanlarla hizalanabilmesi ve işlevselliği katman katman geri kazanabilmesidir. Bu, manuel yeniden hizalama gerektiren mevcut kendi kendini iyileştiren sentetik derilere göre önemli bir gelişmedir.

Doğru malzemeler
Başarılarının ardındaki sır, malzeme seçiminde yatıyor. Her katmanın omurgası, DNA ipliklerini bir arada tutan bağlara benzer şekilde dinamik hidrojen bağlarıyla periyodik olarak bağlanan uzun moleküler zincirlerden oluşur.

Araştırmacılar, her ikisi de kauçuk benzeri elektriksel ve mekanik özelliklere sahip ve biyouyumlu olan PPG (polipropilen glikol) ve PDMS (polidimetilsiloksan, daha çok silikon olarak bilinir) kullandılar.

Bu malzemeler elektrik iletkenliğini sağlamak için nano veya mikropartiküllerle karıştırılabilir. Daha da önemlisi, karışmamalarına rağmen bu polimerler birbirlerine iyi yapışarak dayanıklı, çok katmanlı bir malzeme oluştururlar.

Isıtıldıklarında bu polimerler yumuşar ve akarak iyileşme sürecini kolaylaştırır. Oda sıcaklığında iyileşme bir hafta kadar sürebilirken, 70°C’de kendi kendine hizalanma ve iyileşme yaklaşık 24 saat içinde gerçekleşiyor.

Stanford ekibi daha sonra manyetik malzemeleri polimer katmanlarına entegre ederek sentetik derinin ayrı parçalardan kendi kendine birleşmesini sağladı. Bu heyecan verici gelişme, talep üzerine şekil değiştirebilen ve deformasyonlarını algılayabilen yeniden yapılandırılabilir yumuşak robotların önünü açabilir.

Şaşırtıcı Potansiyel Uygulamalar ve Gelecek Yönelimleri
İlk prototipi hazırlayan araştırmacılar, katmanları mümkün olduğunca ince hale getirmeyi ve farklı işlevlere sahip katmanlar oluşturmayı hedefliyor. Mevcut prototip basıncı algılayabiliyor ve sıcaklık veya gerilmedeki değişiklikleri algılamak için katmanlar eklemeyi planlıyorlar.

“Uzun vadeli vizyonumuz, aşırı hasarlardan kurtulabilen cihazlar yaratmak. Örneğin, parçalara ayrıldığında ve koptuğunda kendini otonom olarak yeniden yapılandırabilen bir cihaz hayal edin" diyor Cooper, suya batırılmış birkaç tabakalı sentetik deri parçasını gösterirken.

Manyetik olarak bir araya çekilen parçalar birbirlerine doğru ilerliyor ve sonunda yeniden birleşiyor. İyileştikçe elektrik iletkenlikleri geri dönüyor ve bunu kanıtlamak için malzemenin üzerine iliştirilmiş bir LED parlıyor.

Vücudun içinde invazif olmayan tıbbi tedaviler gerçekleştirebilecek kendi kendini monte eden robotlardan, robotlara insan benzeri bir dokunma hissi veren çok duyulu, kendi kendini iyileştiren elektronik derilere kadar, olasılıklar gerçekten şaşırtıcı.

Gelecek vizyonu açısından ekip, potansiyel olarak, parçalar halinde yutulabilen ve daha sonra invazif olmayan tıbbi tedaviler gerçekleştirmek için vücudun içinde kendi kendine birleşebilen robotlar hayal ediyor.

Sonuç olarak, sentetik deri bilimi hızla ilerliyor ve bizi tam işlevli insansı robotlar, daha gelişmiş protezler ve karmaşık tıbbi tedavileri gerçekleştirmek için yeni yöntemler çağına yaklaştırıyor.

Bu içeriği beğendiyseniz lütfen çevrenizle paylaşınız…