Ahtapottan esinlenilerek biyomimetik yapıştırıcıların üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of octopus-inspired biomimetic adhesives
Yazar: MURAT EROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. EBRU DEVRİM ŞAM PARMAK
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyomimetik materyaller = Biomimetic materials ; CNC frezeleme = CNC milling ; Yapıştırıcılar = Adhesives

Özet:
Bu tez çalışmasında, ahtapottan esinlenilen minyatürize boyutlarda vantuz benzeri yapılardan oluşan elastomer esaslı ve ıslak ortamda tekrarlı olarak yapışabilen yapıştırıcıların CNC işleme tekniği kullanılarak pratik bir şekilde üretilmesi
hedeflenmiştir. CNC işleme tekniğiyle delik desenli kalıp üretimi gerçekleştirilmiş olup, üretilen kalıp kullanılarak kısmi doldurma tekniğiyle PDMS ve dental esaslı elastomerlerden oluşan vantuz benzeri yapılara sahip yapıştırıcılar elde edilmiştir. Üretilen yapıştırıcıların morfolojik ve kesit görüntüleri stereo mikroskop kullanılarak incelenmiştir. Üretilen yapıştırıcıların yapışma testleri mekanik test cihazında gerçekleştirilmiştir. Yapışma testleri sert ve deforme edilebilir altlıkların yüzeyinde kuru ve farklı türdeki ıslak ortamlarda uygulanmıştır. Üretilen yapıştırıcıların ıslak
ortam yapışma testleri sistematik bir şekilde değişen önyük hızlarında, basma sürelerinde, geri çekme hızlarında ve önyüklerde gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen yapıştırıcıların yapıştırıldıkları yüzeyle arasında oluşan temas alanı görüntüleri optik mikroskop ile elde edilmiştir. Ahtapottan ilham alınarak üretilen PDMS ve dental elastomer esaslı yapıştırıcılar yaklaşık 7 x 7 cm büyüklüğündedir. Dört farklı geometride yapı üretilmiş olup, bu yapıların isimleri sırasıyla PDMS dış tipi içbükey (PD), PDMS iç tipi içbükey (Pİ), dental perfore tipi içbükey (DP) ve dental iç tipi içbükey (Dİ)' dir. Su altı ortamda en yüksek yapışma mukavemeti hem sert yüzey üzerinde (~ 14 kPa) hem de deforme edilebilir yüzey üzerinde (~ 8.5 kPa) Dİ tipi yapılardan oluşan yapıştırıcı tarafından sergilenmiştir. Islak ortamda gerçekleştirilen sistematik yapışma testleri sonucunda, üretilen yapıştırıcıların yapışma kuvvetlerinin artan geri çekme hızlarıyla doğru orantılı olarak arttığı tespit edilmiştir. Bu sonuç, üretilen yapıştırıcıların yapışma kuvvetlerinin
değiştirilebilir olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, üretilen yapıştırıcılar düz nesnelerin sualtında bir yerden başka bir yere taşınması için yumuşak robotik tutucu olarak kullanılabilirler. 100 çevrime kadar gerçekleştirilen yapışma testleri sonucunda, üretilen yapıştırıcıların yapışma kuvvetlerinde kayda değer bir azalma olmaksızın performanslarını
korudukları gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis work, the aim was to produce an adhesive that exhibits reversible adhesion in underwater consisting of miniaturized octopus-inspired elastomer based sucker like structures by CNC machining. Hole-patterned mold was produced with CNC machining technique. The adhesives consisting of sucker like structures consisting of PDMS and dental-based elastomers were obtained by partial-filling technique using the hole-patterned mold. Morphological and cross-sectional images of the adhesives were examined using a stereo microscope. Adhesion tests of the adhesives were carried out with a mechanical test device. Adhesion tests were performed on the surface of hard and deformable substrates in dry and different types of wet environments. In adhesion tests, the adhesives were systematically performed with different preload velocities, preloads, pressing times and retraction velocities to substrates in wet conditions. The images of
the contact area between the adhesives and and the surface were obtained with an optical microscope. The octopus-inspired PDMS and dental elastomer based adhesives are approximately 7 x 7 cm in size. Structures in four different geometries were produced, and the names of these structures are PDMS outer type concave (PD), PDMS inner type concave (Pİ), dental perforated concave (DP) and dental inner type concave (Dİ). The highest adhesion strength in underwater conditions was exhibited by the adhesive consisting of Dİ-type structures both on the hard surface (~14 kPa) and on the deformable surface (~8.5 kPa). The findings revealed that the adhesion strength of the adhesives increased when the preload increased and also the adhesion strength is independent of the preload velocity and pressing time in wet conditions. Moreover, the adhesion strength further increased with increasing retraction velocities, which indicates that the adhesion strength can be switched by altering the velocities for the adhesives. Therefore, the adhesives can be used as soft robotic grippers to transport flat objects in wet conditions from one place to another. The adhesives maintained averaged adhesion strength without any notable reduction in adhesion capability even after more than 100 cycles of attachment and detachment.