Her ne kadar temelleri 1800’lerde atılmış olsa da üç boyutlu (3D) yazıcılar 1980’lerin başında gerçek anlamda hayatımıza girmeye başladı [1]. 3D yazıcıların ilk ve en başarılı örneklerinden biri, stereolitografi yöntemini kullanılarak Chuck Hull tarafından tasarlandı. Bu yöntemde temel malzeme olarak kullanılan polimerler morötesi ışıkla tepkimeye giriyor ve içerdiği bazı moleküller zincir oluşturarak katılaşıyor . Bu yöntemle üretilecek parça sanal olarak tabakalara ayrılıyor. Hassas bir şekilde hareket eden 3D yazıcının zemininin üzerine her adımda tabakaların art arda katılaştırılmasıyla bütün parça oluşturulmuş oluyor. Zamanla gelişen ve yeni yöntemlerle karşımıza çıkan 3D yazıcılar sayesinde artık metal parçalar üretmek bile mümkün. Günümüzde hem endüstride hem de hobi olarak çok sık kullanılan ve insanlığa çağ atlatan bu teknolojinin ilk örneklerinden birini gelin bu yöntemi bulan Chuck Hull’un anlatımıyla aşağıdaki videodan izleyelim.

Son dönemde 3D yazıcılarla üretilen malzemeler kapsamına, mekanik olarak metal gibi sert malzemelerden çok daha zayıf olan ve kolaylıkla deforme edilebilen yumuşak malzemeler de alındı. Yumuşak malzemelerin kullanılmak istenmesinin arkasında önemli sebepler mevcut. Bu sebeplerin başında insan dokusunun ve doğada bulunan ve hareket edebilen birçok canlının yapısını oluşturan malzemelerin yumuşak olması geliyor. Yumuşak malzemeleri kullanışlı hale getirmek ve 3D yazıcılarla istediğimiz şekilde üretmek bize doğada bulunan ama geleneksel yöntemlerle üretemeyeceğimiz mekanizmaları ve malzemeleri üretme olanağı sunabiliyor.

Tam da bu noktada yazımızın odak noktası olan programlanabilen “aktif malzeme” kavramına geldi sıra. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Prof. Xuanhe Zhao’nun öncülüğünde yapılan ve Nature dergisinde yayınlanan araştırma ile bilindik malzemelerin dışına çıkabilen, dışarıdan uygulanan manyetik alanla şekli ve fonksiyonu değiştirilebilen yani programlanabilen “aktif malzeme” üretmişler [2]. Prof. Zhao ve grubunun ürettiği malzemeleri aktif hale getiren sadece 3D yazıcılarla yumuşak malzeme üretmek değil; 3D yazıcının hammaddesi olarak içinde manyetize edilebilme özelliğine sahip ama henüz manyetize olmamış metal mikro-parçacıklar içeren polimer kullanılması. Yöntemin detaylarına geçmeden önce bir konuya değinmekte yarar var. Prof. Zhao ve ekibi, yazının başında bahsettiğimiz stereolitografi yönteminden farklı bir yöntem kullanıyor. Polimeri ışıkla tabakalar halinde katılaştırmak yerine hammaddeyi bir çeşit mikro boyutlu enjektörle iplik şekline getirerek tekstilde kullanılan ipliklere benzer bir yöntemle işliyorlar. Enjektörün ucuna göre tasarlanmış olan elekro-manyetik bobin iplik oluşurken içinde bulunan metal parçacıkların manyetik yönlerini tayin ediyor. Böylece üretilen parçanın herhangi bir bölgesinin manyetik özelliği belirlenebiliyor. İşte bu noktada da yumuşak malzemeye sahip olmanın avantajları ortaya çıkıyor. Farklı bölgeleri farklı manyetik özelliklere sahip olan malzemenin her bölgesi dışarıdan uygulanan manyetik alanla hizalanmak isteyeceği için ve malzeme de yumuşak olduğu için dışarıdan uygulanan manyetik alan parçada bükülmelere ve katlanmalara yol açıyor. Bu bükülme ve katlanmaların önceden tahmin edilebilmesini sağlayan bilgisayar programını yazan Prof. Zhao ve grubu, bu yöntemi kullanarak farklı şekillerde hareket edebilen ve hatta küçük boyutlu kargoları taşıyabilen yapılar/robotlar üretebiliyorlar. Yapıların farklı şekillerde hareket etmesi veya şekil değiştirmeleri için tek yapmaları gereken dışarıdan uygulanan manyetik alanı değiştirmek. Bütün bunları milimetre ve mikrometre boyutunda başarabilen Prof. Zhao ve grubu ortaya koydukları bu devrimsel yöntemin, biyomedikal ve elektronik alanında çok önemli sıçramalara sebep olacağını öngörüyor. Son olarak sizleri Prof. Zhao’nun “aktif malzeme”lerinin gösterisini aşağıdaki videodan izlemeye davet ediyorum.

Hazırlayan: Fazıl Emre Uslu

Düzenleyen: Ece Acuner Özbabacan

 

Kaynaklar:

[1] https://www.digitaltrends.com/cool-tech/history-of-3d-printing-milestones/

[2] https://www.nature.com/articles/s41586-018-0185-0

 

Görsel: https://tr.freeimages.com/photo/textures-7-1195795

Not: Görsel temsilidir.