Bio-inspired paper plant robots: Artificial heliotropism and nyctinasty through transpiration
Doğadan esinlenen kâğıt bitki robotlar: Transpirasyon ile yapay heliotropizm ve niktinasti
- Tez No: 567849
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLGE BAYTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Kendi kendini denetleyebilme yeteneği, yaşayan sistemlerin metabolik aktivitelerini sürdürebilmesi için gerekli olan, biyokimyasal geri bildirim döngüleri ile sağlanan, en temel özelliklerinden biridir. Bu geri bildirim döngüleri yaşayan organizmada, çevresel uyarıcılara karşı tepki verirken, cisimsel zekânın oluşmasını sağlar. Bu geri bildirim döngüleri kompleks olsa dâhi, bunları esin kaynağı olarak kullanmak, yumuşak robotlarda kendi kendini denetleyebilme yeteneğini ve en nihayetinde cisimsel zekâyı yumuşak robotlara entegre etmek için yeni uğraş alanlarının açılmasını sağlayabilirler. İşte bu aşamada basit, bitkilerden esinlenen yumuşak robotları gösteriyoruz, bu robotlar kendi kendini denetleyebilme yeteneğini ve nihayetinde cisimsel zekâ için, heliotropizm (güneşe yönelim) ve niktinasti (yapraklarını açıp kapatma) yeteneklerini malzeme geri bildirimi ve yapay terleme kullanarak gösterebilirler. Öncelikle, malzeme geri bildirimi sert fakat yumuşak robot gibi hareket eden bir robotik sisteme akıl hafızası olan alaşımları kullanılarak adapte edildi. Sonrasında, yapay terleme yumuşak robot sisteme, origami/kirigami stratejileri kullanılarak hazırlanmış kâğıt robot vücutlar üzerinde hidrojellerin şişmesi/daralması entegre edildi. Her iki malzeme ve terleme geri bildirim mekanizması, salınma ve gerilme olaylarının robotun vücudunu yarı kararlı halde tutarak ışık toplama verimliliğini arttırmak için, güneş akısını yapraklar (güneş panelleri yerleştirilmiş) üzerinde maksimize etmesine yarar. Bununla birlikte, hidrojel bazlı geri bildirim mekanizması, hibrit hidrojeller kullanılarak (ısıya duyarlı jellerin eklenmesi ile), ya da ışığı soğuran kimyasallar ile jelleri katkılayarak, veyahut sistemin geometrileri değiştirilerek geliştirilebilmektedir. Sonuç olarak, malzeme/terleme geri bildirimi, kendi kendini denetleyebilme yeteneği olan yumuşak robotlar eldesi için önem arz etmekte ve enerji veriminden, adaptasyon yeteneğine kadar birçok alanda önemli sonuçları sahiptir.
Özet (Çeviri)
Self-regulation is a fundamental feature of all living systems, which maintains their metabolic activities through biochemical feedback loops. Those feedback loops respond to environmental stimuli, and therefore the organism displays 'embodied intelligence'. Despite the complexity of these feedback loops, using them as a source of inspiration can open new endeavors in soft robotics to design self-regulating systems, and ultimately to fuse embodied intelligence into soft robots. Here we show some simple systems, in which plant-inspired soft robots display heliotropism (tracking the sun) and nyctinasty (opening and closing its leaves) through material feedback and artificial transpiration for self-regulation – all being examples of embodiment of intelligence. First, materials feedback is adapted to a hard robotic system behaving similar to a soft robot, displaying heliotropism and nyctinasty by using the phase transition of shape memory alloy springs. Then, artificial transpiration is integrated into a soft robotic system, using swelling/deswelling of hydrogels on the paper body by using origami/kirigami strategies. Both material and transpiration feedback involves stabilization with cycles of traction and contraction (of shape memory alloys, or hydrogels) events that keep the robots at a metastable state, maximizing of solar flux on the leaves (decorated with solar panels) for higher efficiencies of harvesting light. Moreover, the feedback mechanism of the hydrogel-based system can be advanced by using hybrid hydrogels (e.g. addition of thermoresponsive hydrogels), or doping the gel with light-absorbing chemicals, or altering the geometrical design of the systems. Finally, achieving self-regulation in soft robots through material/transpiration feedback is important to attain the embodiment of intelligence in them, and this may have implications extending from energy efficiency to adaptability in autonomous soft robots.
Benzer Tezler
- Design, characterization, optimization, modeling and control of a bio-inspired fin based actuator system
Bio-esinlenilmiş yüzgeç tabanlı bir eyleyici sisteminin tasarımı, karakterizasyonu, optimizasyonu, modellenmesi ve kontrolü
ATAKAN DURMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
- Adaptive backstepping control based emegency scheme for improving transient stability of power systems with renewable energy sources
Yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre güç sistemlerinde geçici kararlılığı kontrolu için uyarlanabilir geri adım kontrolü tabanlı acil durum düzeni
MOHAMMAD MOTALLEBZADEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Numerical and experimental investigation of bioinspired soft robotic actuator that creates vacuum
Tasarımında doğadan esinlenilmiş ve vakum kuvveti yaratabilen yumuşak robotik aktüatörün nümerik ve deneysel incelenmesi
UMUT SERDAR ÇİVİCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEP PARLAR
- Constructing peptide (GEPI)-protein molecular hybrids by using genetic engineering methods for materials and medical applications.
Malzeme ve medikal uygulamalar için gen mühendisliği yoluyla peptid (GEPI)-protein hibritlerin oluşması.
DENİZ ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2011
Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Uyum gösteren cepheler: Bir meta analizi
Adaptive facades: A meta analysis
SELİN KARAAĞAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İKBAL ÇETİNER