Ahtapot kollarındaki neredeyse sınırsız esneklik derecesi, uzanma, yakalama, getirme, sürünme ve yüzme gibi karmaşık hareketleri gerçekleştirmelerine olanak tanır. Bu hayvanların bu kadar çeşitli görevleri nasıl başardıkları bir gizem, bir merak konusu ve bir ilham kaynağı olmaya devam ediyor. İç kasların karmaşık düzeni ve biyomekaniği bu zorluğa katkıda bulunmaktadır.
Illinois Üniversitesi Urbana-Prashant Champaign’den Mehta ve Mattia Gazzola bu sorunu ele almak için disiplinler arası bir çalışmaya öncülük etti. İki araştırma ekibi tarafından ahtapot kol kaslarının fizyolojik gerçekçiliğinin bir modeli oluşturuldu. Mehta’ya göre türünün ilk örneği olan bu model, biyolojik meseleye ışık tutmanın yanı sıra, “ileriye dönük yumuşak robotların tasarımı ve kontrolü için de bir temel oluşturuyor.”
Yumuşak robot tasarımı ve kontrolü uzun zamandır ahtapot uzuvlarının müthiş güçlerinden etkilenmiştir. Tarımdan tıbba kadar çeşitli uygulamaları olan bu tür yumuşak robotlar, insanların etrafında güvenli bir şekilde çalışırken yapılandırılmamış ortamlarda zor görevleri yerine getirme yeteneğine sahiptir.
Çalışmanın baş yazarı ve yüksek lisans öğrencisi Heng-Sheng Chang, ahtapotların uzuvları gibi yumuşak gövdeli sistemleri modelleme ve kontrol etmenin zorluğunu vurguladı. Chang’e göre kol; kesme, germe, bükme ve burma gibi çeşitli şekillerde deforme olabiliyor. “Üç ana iç kas grubu tarafından yönlendirilirler – boylamasına, enine ve eğik” dedi. Esnek olmayan öncüllerinin aksine, esnek, kaslı kollara sonuç olarak büyük bir özgürlük verilmiştir.
Ekibin buluşu, kol kas sistemini temsil etmek için depolanmış bir enerji fonksiyonunun kullanılmasıydı. Bu fikir süreklilik mekaniği teorisinden alınmıştır. Doktora sonrası araştırmacı ve katkıda bulunan yazarlardan Udit Halder, “En az enerji ortamında kol dinlenir. Kas kasılmaları depolanan enerjinin nasıl kullanıldığını değiştirir, bu da kolun denge konumunu etkiler ve hareketi kontrol eder.”
Kol kontrolünün tasarımı, depolanan enerjiyi kullanan kasların yorumlanmasıyla çok daha basitleştirilmiştir. Çalışma, enerji şekillendirici bir kontrol mekanizması kullanarak uzanma ve kavrama gibi manipülatif faaliyetler için gerekli kas aktivasyonlarının nasıl hesaplanacağına dair özel bir rehberlik sağlamaktadır. Bu yöntem Elastica yazılım ortamında sayısal olarak gösterilmiş ve bir ahtapot kolunun üç boyutlu simülasyonu için model tarafından üretilen hareket çok gerçekçi olmuştur. Ayrıca Halder, “Çalışmamız, makine öğrenimi de dahil olmak üzere rakip yaklaşımlarda bazen eksik olan matematiksel performans güvenceleri sunuyor” diyor.
Mehta, “Çalışmamız, Illinois Üniversitesi’nde devam eden işbirliklerinden oluşan daha büyük bir ekosistemin bir parçası. “Yukarıda araştırmalarında ahtapotları inceleyen biyologlar var. Daha ilerideki robotikçiler ise bu matematiksel kavramları gerçek yumuşak robotlar inşa etmek için kullanıyor.”
Bu çalışmanın matematiksel modeli, Mehta ve Gazzola ekipleri tarafından, moleküler ve bütünleştirici fizyoloji Illinois Emeritus Profesörü Rhanor Gillette ile işbirliği içinde geliştirilmiştir. Gelecekteki araştırmalar, enerji temelli düzenlemenin biyolojiyi nasıl etkilediğini ele alacak. Araştırmacılar, matematiksel kavramlarını gerçek yumuşak robot tasarımı ve kontrolüne uygulamak için Illinois endüstri ve işletme sistemleri mühendisliği profesörü Girish Krishnan ile de çalışıyorlar. Bu sadece yumuşak robotları çalıştırmak için metodik bir teknik geliştirmekle kalmayacak, aynı zamanda nasıl işlediklerini daha iyi kavramamızı sağlayacaktır.
Kaynak: techxplore
