Albatross: Havadan düşüp suda yüzen, yelken açıp yüzerek süren otonom biyomorfik robot

Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi’nden (UTD) araştırmacılar, havadan serbest bırakılıp yelken açarak suda sürebilen ve yüzerek de ilerleyebilen otonom biyomorfik robotu ALBATROSS’u geliştirdi. Bilimsel makale bugün Science Robotics dergisinde yayımlandı. Robot, fırtınalar gibi zorlu koşullarda uzak deniz gözlemleri için tasarlanmış olup, iki saat süren test denemelerinde ana bataryasının yaklaşık yüzde 50’sini koruyarak enerji verimliliğini kanıtladı.

Robot, yüksek irtifadan bırakıldığında kanatlarını çevirerek iniş hızını yavaşlatıyor, suda yüzeye indiğinde ise yelkenliye dönüşerek kendi kendine seyahat edebiliyor. Taklit ettiği canlılardan ilham alan tasarım, doğayı katı bir şabondan çok, değiştirilebilir parçalar deposu gibi kullanma felsefesini öne çıkarıyor.

Doğayı bir parça deposu gibi kullanan robot

Biyomorfik robotlar son dönemde yaygınlaştı; yarasalar, böcekler ve uzun süredir soyu tükenmiş deniz canlılarını taklit eden makineler üretildi. Ancak fırtınalar sırasında uzak deniz gözlemleri gibi niş senaryolar için en etkili robotu yapmak, doğanın sunduğundan bir adım ileri gitmeyi gerektiriyor. Bu doğrultuda UTD ekibi, havadan düşüp kanatlarını çevirerek yavaşlayıp suda yüzeyebilir, ardından balık benzeri bir kuyruk paletiyle yelkenliye dönüşebilen çok biçimli bir robot kurguladı. Suda yüzebildiğinde, kısmen akçaağaç tohumu, kısmen kuğu, kısmen balık yapısındaki bu sensör robotu birkaç saat otonom şekilde seyahat edebiliyor.

Araştırmacıların makalesinde belirttiği gibi, makine biyolojiyi katı bir şabondan çok, faydalı ve değiştirilebilir parçalarla dolu bir atölye gibi kullanıyor. Ekip, geliştirdikleri makineye ALBATROSS adını verdi; bu ad, Airborne Lander with Buoyant AuToROtating Sailing Sensor (Havadan İnişli, Yüzen Kendi Kendine Dönen Yelkenli Sensör) ifadesinin kısaltması.

Bireysel mekanizmalar ödünç alınabilir, yeniden birleştirilebilir ve evrimin hiç karşılaşmadığı hedeflere doğru mühendislikle şekillendirilebilir. Doğa tam çözümü sunmaz, faydalı fonksiyonel parçalar sunar.

Raphael Zufferey ve Andre Farinha, konuyla ilgili editörel yazı]

Mükemmel deniz sensörünün eksikliği

ALBATROSS, basit bir farkındalıktan doğdu: uzak su ortamı sensörlüğü için mükemmel bir robotun gerçekten mevcut olmadığı gerçeği. Günümüzde, su altı depremleri, petrol sızıntıları veya kimyasal kaçakları gibi acil durumlarda deniz habitatlarının doğru ölçümlerini hızlıca almak için ya mürettebatlı bir gemi gönderiliyor ya da bir robot indiriliyor ya da hava dronuyla makul ölçüde yaklaşılmaya çalışılıyor. Hem mevcut robotlar hem de dronlar yalnızca kısmen etkili. Ekibin belirttiği gibi, daha iyi bir yöntem, kaynağın tam üstünden havadan bırakılıp sonra o bölgeyi otomatik olarak keşfeden bir araçla mümkün olurdu.

Bu türden keşif, hem hava hem de su ortamında sorunsuz çalışan, aynı zamanda ocean araştırma ekiplerinin gerçekçi şekilde konuşlandırabileceği kadar basit ve maliyet verimli bir makine gerektiriyor. Çoğu robotist gibi ekip de ilham için doğaya başvurdu. Ancak yankı konumlandırma (sonar) ile karanlıkta uçmak ya da tepelerden tırmanmak gibi, insan yapısı petrol sızıntılarını aramak doğal evrimleşmiş hiçbir canlının yaptığı bir iş değil. İşte doğayı bir parça deposu gibi kullanma fikri burada ortaya çıkıyor.

Basitlik ve çift kullanımlı parçalar

Uçuş kısmında robot, kanatlarını kullanarak inişini yavaşlatıyor ve bu amaç için akçaağaç tohumundan ilham alıyor. Sonra yelken açma kısmı için sağır kuşların (Cygnus olor) anatomisini, kuyruk paleti benzeri arka palet için ise çeşitli balıkları inceliyor. Arka palet, pek rüzgar olmadığında veya rüzgar karşıisepide yol alması gerektiğinde robotu ileri doğru itiyor.

ALBATROSS’u özellikle dikkat çeken şey basitliği. Havada kendini döndürmek için kullandığı katı uzuvlar, suda bir kez suya indiğinde yelken olarak da kullanılıyor. Bu parçalar çift kullanımlı olduğu için ekip, kırılabilir ya da geliştirme maliyetini yükseltebilecek ek parçalar eklemek zorunda kalmadı. Sonuç olarak ortaya çıkan robot ancak iki pound’dan biraz fazla ağırlıkta ve yalnızca üç aktüatör ile üç temel sensör kullanarak yönünü buluyor.

Singapur’daki su rezervuarlarında testler

Ekip, ALBATROSS’u Singapur’daki iki su rezervuarında tekrarlayan denemelerle test etti. Her demede robot, suyun üzerinde uzaktan kumandalı bir dronla taşındı; dron yaklaşık 150 metre (490 feet) irtifada havada asılı kaldıktan sonra robot serbest bırakıldı. Robot, dönen uzuvlarını kullanarak iniş hızını saatte yaklaşık 111 kilometreden (69 mph) saatte yaklaşık 24 kilometreye (15 mph) düşürerek inişi kolaylaştırdı.

Ekip, güvenli havadan konuşlandırma için kritik öneme sahip bu akrobatik dönüşün darbe kuvvetini 18 kat azalttığını belirtti. Hızı yavaşladıktan sonra ALBATROSS neredeyse anında dengesini buluyor ve sorunsuzca oyuncak yelkenliye benzer bir biçime dönüşüyor.

Basit ama etkili yerleşik sensörleri sayesinde robot, sürekli insan müdahalesi olmadan test bölgesini dolaştı ve sürekli olarak nem seviyeleri ve sıcaklık dalgalanmaları gibi ortam verilerini kaydediyordu. Sensör robotun gerçek bir senaryoda toplaması gereken tam da bu tür ölçümler bunlar. Mekanik karmaşıklıkta ne kadar eksikse, enerji verimliliğinde o kadar telafi ediyor. Üç süren bir deneyin birinde robot, ana bataryasının yaklaşık yüzde 50’si kalarak görevi tamamladı.

Minimal aktüasyon, biyomorfik yapılar ve pasif dinamiği hava ve deniz işletme rejimleri üzerinden birleştiren bu çalışma, hafif, havadan konuşlandırılabilir yelkenli robotlar için genelleştirilebilir tasarım ilkeleri çıkarıyor; bunlar sağlam ve enerji verimli deniz sensörlüğüne yetenekli.

Makale yazarları

Sınırlar ve ilham veren yaklaşım

Ancak ALBATROSS’un Polo Kasırgası’nın ya da başka bir büyük fırtınanın gözüne yakın zamanda dalmasını beklemeyin. Küçük ve hafif gövdesi, şiddetli deniz dalgaları içinde birkaç saniyeden fazla dayanamadan parçalanmış hurda yığınlarına dönüşürdü. Pratik uygulamaları şu an için ne kadar sınırlı olursa olsun, ALBATROSS’un en büyük başarısı, insanların biyomorfik bir robot inşa etmenin anlamını genişleten bir şeyi mühendislikle şekillendirmesine yardımcı olmakta; vurgu burada ilham almakta (inspired).

Söyleyelim ki, doğa size limon verdiğinde, belki yaratıcı olun ve çiçeksi bir şey yerine tamamen doğal olmayan, 90’lar estetiğinde neon pembe bir limonata yapın.