Canlı-taklitçi robotlar yazı dizimizin ikinci ayağında düz duvarlara ve zor yerlere tırmanıp kurtarma, tamir veya casusluk işleri için gözetleme yapan robotları inceleyeceğiz.
Podcast: Play in new window | Download
Subscribe: RSS
Canlı-taklitçi veya biyomimetik robotların gün geçtikçe daha çok alanda karşımıza çıkıyor olması tesadüf değil. Bu yazı dizisinin ilk makalesi olan balık-taklitçi robot makalesinde bahsedildiği gibi çözümü doğada gizli olan problemleri çözmek için doğayı anlamaya çalışmak ve onu taklit eden teknolojiler ortaya koyabilmek en verimli yöntemlerden biri. Ancak doğayı taklit etmede insanoğlunun yaşadığı en temel sorun, aldıkları farklı eğitim tarzlarından dolayı biyologlar ve mühendislerin sahip oldukları farklı bakış açıları. Biyologların canlıları anlama yöntemleri ve mühendislerin bir ürünü/tasarımı oluşturmadaki uzmanlıkları arasında oluşan yaklaşım eksikliğini doldurma görevi ise vizyoner mühendis ve bilim insanlarına düşüyor.
Bu yazımızda, insanların tırmanma konusundaki yetersizliklerini giderebilecek çözümlere odaklanacağız. Düz yüzeylere tırmanmanın zorluğunu kertenkelelerden esinlenerek çözmeye çalışan robotları inceleyeceğimiz bu makalede biyomimetik alanının öncülerinden Türk bilimadamı Metin Sitti’nin de bir çalışmasına yer vereceğiz.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=m2TJ3tU8mbo&w=360&h=270]
Robotların, insanların yapamadığı veya yapmakta zorlandığı şeyleri yapmaları, öncelikli beklentimiz. Yukarıdaki videoda yükseklik korkusu tanımayan ve Fransız örümcek adamı olarak adlandırılan Alain Robert gibi istisna akrobat, dublör, sporcu veya sokak sanatçılarını saymazsak, düz duvarlara tırmanmak ve orada asılı kalmak insanların kolaylıkla yapamadığı işler kategorisine giriyor. İskeleler kurarak tırmanmak veya yukarıdan iple sarkarak istenilen yüksekliğe ulaşmak ise pahalı ve tehlikeli. Bu sebeple robotlar tırmanma işi için biçilmiş kaftan. Bu robotlar yüksek binalara kolayca tırmanabilir, camlarda asılı kalabilir ve bu sayede çevrede veya binaların içerisinde olanları rahatlıkla dikizleyebilir. Ayrıca yardım ve kurtarma operasyonlarına yardımcı olabilirler. Uçak, uzay aracı ve köprüler gibi ulaşılması ve sabit kalınması zor olan bazı yüzeylerin kontolü ve tamiri için de kullanılabilirler.
Bu amaçlara hizmet etmek için Stanford Üniversitesi’nde geliştirilen türünün ilk örneklerinden olan Stickybot adlı robot, gecko adı verilen bir çeşit kertenkeleden esinlenmiş (Şekil 1). Bir geckonun ayaklarında 200 nanometre genişliğinde uçları olan milyarlarca ipliksi doku bulunuyor (Şekil 2). Kertenkelelerin bir yüzeye yapışabilmelerinin altında yatan prensip moleküllerarası zayıf çekim kuvveti olan Van der Waals kuvvetine dayalı olan ve hayvanın ipliksi lifleri ile yüzey arasında oluşan etkileşim. Ancak burada önemli olan bir nokta daha var. Yapışkanlık tek bir yöne doğru. Bu lifler sadece kertenkele ayak parmaklarını aşağıya doğru çektiği zaman yapışkanlık sağlıyor, yukarı doğru kaldırdığında serbest kalıyor ve hayvanın tekrar hareket edebilmesini sağlıyor.
Kertenkelenin bu stratejisini robot üzerinde gerçekleyebilmek için 30 mikrometre genişliğinde uçları olan polimer kesitler üretildi [1]. Bu uçlar belli bir açı ile eğim verilerek kesildi ve bu sayede yönelimsel yapışkanlık sağlandı. Bir kertenkelenin ayak ve vücuduna sahip olan robot, cam ve düz yüzeylerde saniyede 4 santimetre ilerleyecek şekilde tasarlandı. Aşağıda videosunu izleyebileceğiniz Stickybot artık emekliye ayrılmış olup, araştırmalara StickybotIII ile devam ediliyor.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=odAifbpDbhs&w=360&h=270]
Carnegie Mellon Üniversitesi Robotik Enstitüsü’nde çalışan Doç. Dr. Metin Sitti ise bu tarz robotların daha pürüzlü yüzeylerde de çalışabilmesi için robotların ayaklarına yapışkan altlıklar tasarlamak gerektiğini düşünenlerden. Bu düşünceyi gerçeğe dönüştürmek amacıyla kertenkele parmağının karmaşık yapısını robota uyarlayarak, herbiri daha da küçük spatula şeklinde ipliksi dokulara ayrılan nano ölçekte lifler üretildi [2] (Şekil 3). Bu sayede Waalbot adı verilen bu robot ahşap kapılar, tuğlalar ve boyalı duvarlara tırmanabiliyor ve palet tarzlı ayakları sayesinde de kendi etrafında dönerek istediği yöne ilerleyebiliyor. (Metin Sitti’nin diğer sıradışı çalışmalarına buradan ulaşabilirsiniz.)
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=CbbrrtBMzds&w=360&h=270]
Stanford Üniversitesi’nin bir diğer robotu SpinyBot da StickyBot gibi çalışıyor, ancak nano değil de mikro mertebesinde pençeler kullanarak yüzeylere tutunuyor [3]. SpinyBot 400 gram ağırlığında, bir adet kamera taşıyabiliyor ve gözenekli yapıya sahip herhangi bir yüzeye (örn: tuğla, beton ve alçı sıvası) rahatlıkla tutunabiliyor.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=q_bzneWlr2Y&w=360&h=270]
Bu robotların düşüp kırılmaları ihtimallerine karşın korunmaya ihtiyaçları olduğu çok açık. Bu sebeple kertenkelelerin düşerken izledikleri stratejileri gözlemleyen Berkeley Kaliforniya Üniversitesi araştırmacıları bu soruna da bir çözüm geliştirdiler. Havada kendisini döndüren robot, düşerken ayaklarının üzerine konmak üzere ağırlık merkezini ve duruşunu ayarlayabilecek şekilde tasarlanmış [4]. Bunun için kertenkelenin kuyruğunu kullanarak vücudunu döndürebildiği videoları inceleyen bilimadamları, kertenkelelerin düşme davranışını bilgisayarda modellediler ve buna muktedir bir robot tasarladılar.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=oA-BNSisjVQ&w=360&h=270]
Bu tarz robotların daha kuvvetli yapışma güçlerine ulaşmaları gerekiyor ki kendi ağırlıklarının üzerine bir de sensörler, vericiler veya yapacakları işlere göre alet edevatlar takılabilsin. Sıradaki robotun uyguladığı yöntem kelimenin tam anlamıyla robotu duvara yapıştırma esasına dayalı [5]. Kullanılan malzemenin adı sıcak-eriyik yapışkan. Sıcak yapıştırıcı tabancalarında kullanılan bu madde ısıtıcı bir bileşenle reaksiyona girdiğinde katı halden, yapışkan sıvı hale dönüşüyor. Soğuduğunda ise tekrar sertleşiyor. Bu düzeneği kullanarak robot geçici olarak kullandığı bacaklarını sertleştirip duvara yapıştırırak ve kullanmadığı bacaklarını duvardan sökerek ilerliyor.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=ogNQdJbUnps&w=360&h=270]
Videoyu seyrettikten sonra muhtemelen farketmişsinizdir. Robot çooook yavaş ilerliyor; bunun sebebi yapışkanın ısıtılıp dondurulması için gereken sürenin 90 saniye olması. İkinci olarak da ilerlediği rota üzerinde arkasında yapışkan izleri bırakıyor ki, bir çok uygulamada yarardan çok zarar getirebilir. Ancak avantajları da bir o kadar kuvvetli. Öncelikle yüzeyin açısı ve pürüzsüzlüğüne bakılmaksızın her yüzeye yapışabilir. Ayrıca kurumuş 4 santimetrekarelik bir yapışkanın taşıyabileceği ağırlık tam tamına 60 kilogram. Bu ağırlıkla robotun üzerine neredeyse bir insan bile koyabilirsiniz. Son avantajı da bu ağırlığı taşımak için elektrikle sürülen robotlardaki gibi devamlı enerji harcamaya gerek duymaması.
Doğaya bakıp bilimi yaşamak + ilham alınan nano boyutlu yapıların mekaniğindeki mükemmel denge + her hikayeyi kurgusal bir belgesel havasına sokan anlatım tekniği = Serinin bir sonrasını heyecanla bekleyen okur!
Keşiflere devam; öğrenilecek çok şey var…
Bu yazıyı gerçekten sevdim, malesef doğanın sınırlarının ötesine geçemiyoruz, hala canlılardan öğrenilecek çok şey var. Makale için teşekkürler Açık Bilim.