Notre Dame Üniversitesi’nde elektrik mühendisliği bölümünde yardımcı doçent olan Yasemin Özkan Aydın, robotik mühendisi olarak ilhamını biyolojik sistemlerden alıyor. Karıncaların, bal arılarının ve kuşların sorunları çözmek ve engelleri aşmak için ortak davranışları, araştırmacıların hava ve su altı robotiklerinde geliştirdiği bir şeydir. Bununla birlikte, karmaşık arazileri geçme kabiliyetine sahip küçük ölçekli sürü robotları geliştirmek, benzersiz bir dizi zorlukla birlikte gelir.
Robotik Mühendisliğini Tanıyalım
Robotik, bilgisayar bilimi ve mühendisliğinin disiplinler arası bir dalıdır. Robotik, robotların tasarımını, yapımını, işletimini ve kullanımını içerir. Robotiğin amacı, insanlara yardım edebilecek ve yardımcı olabilecek makineler tasarlamaktır. Robotik, makine mühendisliği, elektrik mühendisliği, bilgi mühendisliği, mekatronik, elektronik, biyomühendislik, bilgisayar mühendisliği, kontrol mühendisliği, yazılım mühendisliği, matematik vb. alanlarını bütünleştirir.
Robotik, insanların yerini alabilecek ve insan eylemlerini çoğaltabilecek makineler geliştirir. Robotlar birçok durumda birçok amaç için kullanılabilir, ancak günümüzde birçoğu tehlikeli ortamlarda (radyoaktif maddelerin denetimi, bomba tespiti ve devre dışı bırakma dahil), üretim süreçlerinde veya insanların hayatta kalamayacağı yerlerde (örneğin uzayda, su altında, yüksek ısıda) kullanılmaktadır. ve tehlikeli maddelerin ve radyasyonun temizlenmesi ve muhafazası). Robotlar herhangi bir şekle girebilir, ancak bazıları görünüşte insanlara benzemek için yapılmıştır. Bunun, genellikle insanlar tarafından gerçekleştirilen belirli tekrarlayıcı davranışlarda robotların kabulüne yardımcı olduğu iddia edilmektedir. Bu tür robotlar, yürüme, kaldırma, konuşma, biliş veya diğer herhangi bir insan faaliyetini kopyalamaya çalışır. Günümüzün robotlarının çoğu, doğadan ilham alarak biyo-ilham alan robotik alanına katkıda bulunuyor.
Yasemin Özkan Aydın Kimdir?
Özkan-Aydın, Science Robotics’te yayınlanan araştırmasında, zorlu ortamlarda manevra yapabilen ve zorlu görevleri topluca başarabilen, doğal dünyadaki benzerlerini taklit eden çok bacaklı robotları nasıl yapabildiğini anlatıyor.
Özkan-Aydın, “Bacaklı robotlar, engebeli arazi ve dar alanlar gibi zorlu ortamlarda gezinebilir ve uzuvların kullanımı etkili vücut desteği sunar, hızlı manevra kabiliyeti sağlar ve engelleri aşmayı kolaylaştırır. Ancak, bacaklı robotlar, karasal ortamlarda benzersiz hareketlilik zorluklarıyla karşı karşıya kalıyor ve bu da lokomotor performansının azalmasına neden oluyor.” şeklinde açıklama da bulundu.
Özkan araştırma için, bireysel robotlar arasındaki fiziksel bir bağlantının, karasal bacaklı bir kolektif sistemin hareketliliğini artırabileceğini varsaydığını söyledi. Bireysel robotlar, düz bir yüzey üzerinde hareket etmek veya hafif bir nesneyi taşımak gibi basit veya küçük görevleri yerine getirdiler, ancak görev tek bir birimin kapasitesinin ötesindeyse, robotlar daha büyük çok bacaklı bir sistem oluşturmak için fiziksel olarak birbirine bağlandı ve toplu olarak sorunları aşmak.
“Karıncalar nesneleri toplarken veya taşırken, biri bir engele rastlarsa, grup bu engeli aşmak için birlikte çalışır. Örneğin, yolda bir boşluk varsa, diğer karıncaların geçebilmesi için bir köprü oluştururlar. Bu bizim çalışmanın ilham kaynağı” dedi.
Robotik sayesinde, bu biyolojik sistemlerin dinamiklerini ve kolektif davranışlarını daha iyi anlayabiliyoruz ve gelecekte bu tür bir teknolojiyi nasıl kullanabileceğimizi keşfedebiliyoruz.”
Özkan-Aydın, “Engelleri algılamak için ek sensörlere ihtiyacınız yok çünkü bacaklardaki esneklik robotun onları geçmesine yardımcı oluyor” dedi. “Bir yoldaki boşlukları test edebilirler, vücutlarıyla bir köprü kurabilirler, nesneleri tek tek hareket ettirebilirler ya da karıncalardan farklı olmayan farklı ortam türlerinde nesneleri toplu olarak hareket ettirmek için bağlantı kurabilirler.”
Özkan-Aydın, bir 3D yazıcı kullanarak 15 ila 20 santimetre veya kabaca 6 ila 8 inç uzunluğunda dört ayaklı robotlar yaptı. Her biri bir lityum polimer pil, mikrodenetleyici ve robotların birbirine bağlanmasını sağlayan, önde bir ışık sensörü ve önde ve arkada iki manyetik dokunmatik sensör olmak üzere üç sensörle donatılmıştı. Dört esnek ayak, ek sensörlere ve parçalara olan ihtiyacı azalttı ve robotlara, engebeli veya engebeli arazilerle etkileşime girerken yardımcı olan bir mekanik zeka düzeyi verdi.
Özkan-Aydın, çalışma için araştırmalarına, COVID-19 salgını nedeniyle ülkenin çoğunun kapatıldığı 2020’nin başlarında başladı. Her robotu yazdırdıktan sonra, her birini yaptı ve deneylerini evde, bahçesinde veya oyun alanında oğluyla birlikte yaptı. Robotlar çim, yaprak ve meşe palamudu üzerinde test edildi. Düz zemin deneyleri yonga levha üzerinde yapıldı ve yalıtım köpüğü kullanarak merdivenler yaptı. Robotlar ayrıca tüylü halı üzerinde test edildi ve engebeli arazi görevi görmesi için dikdörtgen ahşap bloklar yonga levhaya yapıştırıldı.
Tek bir birim takıldığında, toplu olarak çalışırken engelleri başarıyla geçmek için destek sağlamak için birbirine bağlanan ek robotlara bir sinyal gönderildi.
Özkan-Aydın, tasarımında hala yapılması gereken iyileştirmeler olduğunu söylüyor. Ancak çalışmanın bulgularının, öngörülemeyen durumlara uyum sağlayabilen ve arama-kurtarma operasyonları, toplu nesne taşımacılığı, uzay araştırmaları ve çevresel izleme gibi gerçek dünyadaki işbirlikçi görevleri gerçekleştirebilen düşük maliyetli bacaklı sürülerin tasarımını bilgilendireceğini umuyor.
Araştırması, gerçek dünyadaki hareket ve problem çözme için gerekli olan sistemin kontrol, algılama ve güç yeteneklerini geliştirmeye odaklanacak ve bu sistemi karıncalar ve termitler gibi böceklerin kolektif dinamiklerini keşfetmek için kullanmayı planlıyor.
“İşlevsel sürü sistemleri için pil teknolojisinin iyileştirilmesi gerekiyor” dedi. “Daha fazla güç sağlayabilen, ideal olarak 10 saatten fazla dayanabilen küçük pillere ihtiyacımız var.
Aksi takdirde, bu tür sistemleri gerçek dünyada kullanmak sürdürülebilir değil.” Ek sınırlamalar, robotların boyutunu küçük tutarken daha fazla sensöre ve daha güçlü motorlara duyulan ihtiyacı içerir.”
Kaynak: Techexplore
