Microbotic Arm System
TUBITAK – Proje No: 113E584
Bütçe: 114.000 Euro
2014-2017
Mikroakışkan-çipler, mikro/nano-robotik alanın yoğun olarak kullanıldığı ve çeşitli fonksiyonlara sahip sistemlerin (mikroskop, kamera, otomatik hareket eyleyiciler) entegresi ile biyomedikalde insan hastalıkları üzerine çalışmalara olanak sağlayan bir platformdur. Son on yılda, mikroakışkan-çip platformu kullanılarak, hastalıkları ve hastalıkların ilerleme safhalarını anlamamızı ve tedavi yöntemlerini bulmamızı sağlayan, yeni biyomedikal ürünler geliştirmek mümkün olmuştur. Bu alanda yüksek hız ve hassasiyette biyolojik hücre ve parçacık manipülasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca operasyonel anlamda mikrobiyoloji, embriyoloji, elektrofizyoloji, genetik bilimi ve klinik uygulamalarında da yaygınca kullanıldığı görülmektedir.
Proje kapsamında, mikro boyuttaki biyolojik hücreleri ve objeleri yönlendirecek, yüksek hassasiyet ve hareket kabiliyetine sahip bir mikro-robot kolu tasarımı ve üretimi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda, katma değeri yüksek ürünlerin ortaya çıkarılması için doğrudan veya dolaylı destek ve ülkemizin bilimsel çalışmalarına daha etkin katkı sağlanması amaçlanmaktadır.
Proje, 113E584 numarasıyla TÜBİTAK 1001 programı çerçevesinde; Elektrik, Elektronik ve Enformatik Araştırma Destek Grubu (EEEAG) tarafından desteklenmiştir. Proje Yıldız Teknik Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği bünyesinde tamamlanmıştır.
Proje kapsamında mikro boyuttaki biyolojik hücrelerin ve objelerin manipülasyonu yapılmış olup, yüksek hassasiyet ve hareket kabiliyetine sahip bir mikro-robot kolu dizaynı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Literatürde ilk kez kaldırma kuvvetinden faydalanılarak sıvı içinde manipülasyon yüzeyi ile temasın sıfıra inmesi sağlanmıştır. Bu sayede robot kolunun manyetik alan etkisiyle temassız olarak yüksek hassasiyette (1µm ve altı) hareket ettirilmesi hedefine ulaşılmıştır. Böylece biyolojik çalışmalar, klasik mikro-manipülatörlerin dezavantajlarından kurtarılarak, mikroakışkan-çipler içine entegre olan mikro-manipülatör ile yüksek hız ve doğrulukta yapılabilecektir.
Mikro-robot kolunun mekanik yapısı, manyetik alana bırakıldığında verdiği tepkiler ve kaldırma kuvvetinin etkisi sonlu eleman analiz yöntemleri ile belirlenmiştir. Mikro-robot kolunun manyetik alan içinde, mikroskop altında hareketinin sağlanması için gerekli deney düzeneği hazırlanmıştır.
Piezo eyleyicilere yerleştirilen kalıcı mıknatıslar ile temassız olarak değişik sıvılarda (deiyonize su veya etanol ) hareketi test edilmiştir. Sıvının viskozitesine ve yoğunluğuna göre hareket hızı ve hassasiyeti hesaplanmıştır. Mikro-robot kolun pozisyon kontrolünde kullanılmak üzere görüntü işleme algoritması geliştirilmiştir.
Görsel olarak elde edilen pozisyon bilgisi ile manyetik yatağın pozisyon bilgileri eşleştirilerek hata analizi yapılmıştır. Böylece mikro-objeler ile mikro-robot kolunun otomatik etkileşime (tutma, itme, yer değiştirme) girmesini sağlayacak kontrol mekanizması hazırlanmıştır.
Proje önerimiz kapsamında hedeflediğimiz çıktılara başarılı bir şekilde ulaşılmıştır. Deneysel çalışmalardan elde ettiğimiz deneyimlere dayanarak aşağıdaki konuların bir sonraki aşamada derinlemesine projeler geliştirilecektir.
• Mikro-robotların tek hücre uygulamalarında kullanımı
• Kanser tedavisinde, görüntüleme teknolojilerine uyarlanması
• Kimyasal sentez işlemlerinde katalizör madde taşıyıcı çalışmaları
• Kişiye özel tedavi yöntemleri üzerine cihaz çalışmaları
• Nano hava araçlarının mekanik düzeneklerinin oluşturulması
• Yeni mikro-robotik cerrahi robotları