Yumuşak robotik peristaltik pompa tasarımı, analizi ve geliştirilmesi
Design, analysis, and development of a soft robotic peristaltic pump
Yazar: ONAT HALİS TOTUK
Danışman: PROF. DR. SELÇUK MISTIKOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALİ GÜVENÇ
İskenderun Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Teknoloji, insan refahına hizmet ediyorsa değerlidir. Günlük sorunları çözmek için çeşitli mühendislik disiplinlerini birleştirerek yenilikçi ürünler üretmek bir zorunluluktur. Bu çalışmanın ana hedefi, yeni ve çağdaş teknolojiler kullanarak peristaltik pompa tasarlamaktır. Bu tasarım, yumuşak robotik, 3B baskı, yazılım ve donanım teknolojisi gibi ilgili konuları da içeren daha iyi bir çözüme yönelik gelişmelere temel teşkil edecektir.
Bu tezde, sıvı akışını yavaş hızlarda sağlamak için yumuşak robotik yöntemler kullanan peristaltik bir pompa tasarlanıp, analiz ve optimize edilerek ve üretilmiştir. Peristaltik pompalama yöntemleri genellikle elastik bir tüpün üzerine dönen bir tekerlek setinin tüpe baskı yapmasıyla gerçekleştirilir. Diğer taraftan bu çalışma insan elinin inek sağarken uyguladığına benzer bir yumuşaklıkta sıralı basınç uygulamasıyla yapılmaktadır. Bu biyomimetik yaklaşım, diğerlerinin aksine yumuşak bir dokunuş çözümüdür. Sinüzoidal bir sıralamayla çalışıp sıkıştıran parmaklar gibi davranan bir dizi halka, merkeze doğru genişleyerek elastik tüpteki akışın durmasına ve serbest kalmasına neden olur. Bu çözüm, damar gibi hassas biyolojik yapılar için daha güvenli ve uyumlu bir pompalama seçeneği sunmaktadır.
Güncel teknoloji üzerine araştırma yaptıktan sonra, çalışma öncelikle yüksek voltajlı, düşük akımlı elektrostatik olarak hareketlendirilen yönteme odaklanmış, ancak bu yöntem hem sonuçlar hem pratiklik hem de kullanışlılık açısından tatmin edici bulunmamıştır. Daha sonra, hareketlendirme özel olarak tasarlanmış, optimize edilmiş, sayısal olarak analiz edilmiş ve 3D yazdırılmış halkalar üzerinde pnömatik ve hidrolik yöntemlerle gerçekleştirilmiştir. Son deney aşamasından önce tüm sistem sayısal olarak simüle edilmiştir.
Üretilen sistem üzerinde gerçekleştirilen deneyler, pnömatik ve hidrolik hareketlendirme için tatmin edici bulunmuştur. Sonuçlar, analiz sonuçlarıyla büyük ölçüde eşleşmiş, elastik olmayan, sert ve katı malzemelerin sıkıştırıcı olarak kullanılamadığı hassas ortamlarda yumuşak robotik peristaltik pompanın kullanılabileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
Technology is valuable if it serves human well-being. Combining multilateral engineering disciplines for innovative products to solve daily problems is necessary. Peristaltic pumping using novel and state-of-the-art technologies is the main objective of this study, which will lead to further developments toward a better solution employing 3D printing, soft robotics, and related subjects like software and hardware technology.
In this thesis, a peristaltic pump was designed, analyzed, optimized, and manufactured using soft robotic methods to create a flow of fluids at slow flow rates. The procedures of peristaltic pumping are performed, usually by pressing a set of rotating wheels over elastic tubing. However, this study employs relatively soft sequentially pressure applications like human hands milking the cow. This biomimetic approach is, unlike others, a soft-touch solution. A series of rings acting like squeezing fingers in a sinusoidal manner, expanding towards the center, causes elastic tubing to stop and free the flow. This solution offers a safer and more compliant pumping solution for vein-like delicate biological formations. 
After researching up-to-date technology, the study first focused on the high voltage, low current electrostatically actuated method, which was found to be unsatisfactory and less useful for practical reasons. Later, actuation is performed over specially designed, optimized, numerically analyzed, and 3D-printed rings with pneumatic and hydraulic means. Before the final experimentation step, the whole system is digitally simulated.
The experiments performed on the manufactured setup were satisfactory for pneumatic and hydraulic actuation. The results match the analysis results and prove that soft robotic peristaltic pumping can be used in delicate environments where inelastic, stiff, and solid materials cannot be used as squeezing agents.