Alexandra Becker, Rays Universiteti

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriSilikon elastomerlərin qat-qat yapışmasının müalicə dərəcəsinin bir funksiyası kimi öyrənilməsi. Kredit: Elmdə irəliləyişlər (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2681

Yumşaq robototexnika və biotibbi cihazlar üçün irəliyə doğru bir addım olaraq, Rays Universitetinin mühəndisləri materialların özlərini dəyişmədən silikon əsaslı yumşaq cihazların gücünü və dayanıqlığını artırmaq üçün güclü yeni üsul kəşf etdilər. Onların “Science Advances” jurnalının xüsusi buraxılışında dərc olunmuş tədqiqatı çap və sümük-əzələ robototexnikasına diqqət yetirir və silikonla bərkidilmə şərtlərini yapışma gücü ilə birləşdirən, həm qəliblənmiş, həm də 3D çap edilmiş elastomer komponentlərinin performansında dramatik təkmilləşdirmələrə imkan verən proqnozlaşdırıcı çərçivə təklif edir.

“Biz tapdıq ki, silikon elastomerin yapışma zamanı nə dərəcədə bərkidilməsi onun nə qədər yaxşı yapışmasına birbaşa təsir edir” dedi Daniel J. Preston, məqalənin müxbir müəllifi və maşınqayırma üzrə dosent. “Bu dəyişəni başa düşmək və nəzarət etməklə, biz yeni kimyəvi maddələr və ya müalicə üsulları təqdim etmədən cihazın etibarlılığını əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilərik.”

Silikonun yapışqan vəziyyəti

Silikon elastomerlər çeviklik, kimyəvi dayanıqlıq və biouyğunluq sayəsində cərrahi implantlardan tutmuş mətbəx alətlərinə və yumşaq robotlara qədər bütün sənaye sahələrində qiymətləndirilir. Lakin istehsal zamanı silikon komponentləri bir-birinə bağlamaq uzun müddətdir ki, problem yaradır. Zəif yapışma, xüsusilə çevik kameraların təkrar inflyasiya və deformasiyaya tab gətirməli olduğu yumşaq robotlarda delaminasiya, sızma və ya fəlakətli cihazın nasazlığına səbəb ola bilər.

Raysda doktorluq dərəcəsi alan və hazırda Havay Universitetində maşınqayırma üzrə dosent olan məqalənin ilk müəllifi Te Faye Yap, “Güclü, ardıcıl bağlanma bu tətbiqlərdə tamamilə vacibdir” dedi. “Bununla belə, davamlı olaraq bu güclü birləşmə səviyyəsinə nail olmaq çətin oldu, xüsusən də cihazlar daha mürəkkəbləşdikcə və çoxqatlı və ya hibrid dizaynlara etibar etdikdə.”

Məsələ silikonun necə müalicə olunduğundan qaynaqlanır: emal zamanı maye prepolimerlər sol-gel reaksiyası vasitəsilə tədricən bərk maddələrə çevrilirlər. Əgər yapışma çox gec baş verərsə (material tam qurudulduqdan sonra), interfeys güclü birləşmə üçün lazım olan kimyəvi birləşmədən məhrumdur. İndiyə qədər bu keçidin real dünya şəraitində nə vaxt baş verəcəyini proqnozlaşdırmaq çətin olub.

https://www.youtube.com/embed/80f62APCzs8?color=whiteKredit: Rays Universiteti

Proqnozlaşdırıcı “saat”

Bunun öhdəsindən gəlmək üçün Rays mühəndis komandası müalicə prosesini “reaksiya koordinatı” ilə əlaqələndirən yeni bir çərçivə hazırladı – müalicə zamanı həm vaxtı, həm də temperaturu nəzərə alan ölçüsüz bir dəyər. Bu metrik tədqiqatçılara hətta sənaye sobalarında və ya 3D printerlərdə olanlar kimi dəyişən istilik şəraitlərində belə qurutma dərəcəsini dəqiq izləməyə imkan verdi.

“Reaksiya koordinatımız bizə bir növ saat verir” dedi Preston. “Bu bizə materialın işlənə biləcək qədər qismən quruduğunu, lakin yapışan təbəqə ilə güclü kimyəvi bağlar yaratmaq üçün hələ də kifayət qədər təzə olduğunu bildirir.”

Bu kəşf yapışmanın nə vaxt ən təsirli olduğunu aydınlaşdırmaqla yanaşı, nə vaxt uğursuz olacağını təxmin etməyə kömək edir. Soyma testlərindən istifadə edərək, komanda reaksiya koordinatı kritik həddi keçdikdən sonra yapışma gücünün azaldığını göstərdi. Bu nöqtədə, yeni tətbiq olunan silikon artıq alt təbəqə ilə möhkəm kovalent bağlar yaratmır və interfeys stress altında uğursuz olur.

Real dünyada təsdiqləmə

Öz modelini praktikada sübut etmək üçün komanda yapışqan kimi təzə silikondan istifadə edərək əvvəlcədən hazırlanmış silikon komponentləri birləşdirərək yumşaq pnevmatik aktuatorlar ( yumşaq robotlarda ümumi komponentlər) hazırladı. Optimal reaksiya pəncərəsində bağlanmış cihazlar daha yüksək təzyiqlərə tab gətirdi və həddindən artıq bərkidilmiş həmkarlarına nisbətən 50% daha çox əyriliklə əyildi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Başqa bir təcrübədə qrup silikon konstruksiyaları qat-qat hazırlamaq üçün 3D bioprinterdən istifadə edib. Reaksiya koordinatlarını rəhbər tutaraq, hər təbəqənin çapı arasındakı vaxta dəqiq nəzarət etdilər və ənənəvi çap üsulları ilə müqayisədə təbəqələrarası yapışmada 200%-dən çox yaxşılaşma əldə etdilər.

“Biz yapışma şəraitini tam olaraq istədiyimiz yerdə yığmaq üçün müalicə şərtlərini tənzimləyə bildik” dedi Preston. “Bu qabiliyyət mürəkkəb həndəsələrə malik daha güclü, daha etibarlı 3D çaplı silikon cihazlara qapı açır .”

Bu işin nəticələri genişdir. Tibbi implantlar, geyilə bilən elektronika və çevik robotlar istehsalçıları kimyəvi səth müalicələrinə və ya bahalı plazma bağlama üsullarına etibar etmədən daha davamlı cihazlar hazırlaya bilərlər. Tibb və geyilə bilən texnologiya sənayelərində diqqəti cəlb edən bir sahə olan yumşaq cihazların əlavə istehsalı bu yanaşmadan xüsusilə faydalana bilər.

“Bizim çərçivəmiz sadədir, ümumiləşdirilə bilər və heç bir yeni material tələb etmir” dedi Preston. “Bu, mühəndislərin daha yaxşı məhsullar hazırlamaq üçün dərhal istifadə etməyə başlaya biləcəyi bələdçidir.”

Daha çox məlumat: Te Faye Yap və başqaları, Daha güclü yumşaq cihazlar üçün silikon elastomerin bərkidilməsi və yapışmasının başa düşülməsi, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adv2681

Jurnal məlumatı: Elmin inkişafı 

Rays Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir