Bilim insanları ve mühendisler uzun zamandır böceklerin çarpıcı yeteneklerini robotik yoluyla kopyalamaya çalışıyorlar. Ancak böceklerin hareket kabiliyetine, verimliliğine ve çok modlu yeteneklerine sahip robot böcek yaratmanın son derece zor olduğu kanıtlandı. Yıllar süren araştırmalardan sonra, bir grup bilim insanı bugüne kadarki en böcek benzeri robotu tasarlamış olabilir.
JT-fly adını verdikleri bu robot uçabiliyor, sürünebiliyor, havada asılı kalabiliyor ve hatta kendi kendine doğrulabiliyor; üstelik bunların hepsini kompakt bir tasarımla ve doğanın planını kullanarak yapabiliyor.
Bu blog yazısında, JT-fly’ın kaputunun altına bir göz atacağız ve onu böylesine çığır açan bir başarı yapan şeyin ne olduğunu keşfedeceğiz. Temel özelliklerini ve yeteneklerini özetleyecek, nasıl tasarlandığını tartışacak ve gelecekteki potansiyel uygulamaları ve gelişmeleri ele alacağız.
Doğa Anayı Taklit Eden Çok Modlu Bot
IEEE Robotics and Automation Letters’da yayınlanan araştırma makalesinde açıklandığı üzere JT-fly, hem havadan hem de karadan hareket ederek ortamları dolaşmasını sağlayan benzersiz bir “çok modlu” tasarıma sahiptir. Kompakt 35 gram ağırlığında ve 33 santimetre kanat açıklığına sahip olan JT-fly, kontrollü uçuş sağlamak için iki özel motorla çalışan dört çırpma kanadı kullanıyor. Bu arada, altı bacağı, robotu 0,3 m/s’ye varan hızlarda zeminde ilerletmek için iki motor tarafından bağımsız olarak çalıştırılıyor.
Bu çift modlu yaklaşım JT-fly’a benzeri görülmemiş bir hareket kabiliyeti kazandırıyor. Uçma, sürünme, havada asılı kalma ve daha fazlası arasında sorunsuzca geçiş yapabilir – tıpkı birçok böceğin kanat ve bacak tabanlı hareket arasında sorunsuzca geçiş yapması gibi. Doğanın çok işlevli mühendisliğinden ilham alan robot, tek modlu makinelere kıyasla katlanarak daha fazla çok yönlülük kazanıyor. Geniş lokomotif yetenekleri yelpazesi, daha sonra keşfedilecek olan yeni dağıtım olanaklarının önünü açmaktadır.
Yüksek Manevra Kabiliyetine Sahip Uçuş Kontrolü
JT-fly’ın önemli bir başarısı, altı serbestlik dereceli çevik uçuşudur. Bu, sadece yatay ve dikey hareketi değil, aynı zamanda uzayın üç boyutunda da (eğim, sapma ve yuvarlanma) dönme ayarlamalarını kontrol etme kabiliyetini ifade eder. Atalet ölçüm birimi ve barometre gibi yerleşik sensörler konumlandırma verilerini robota gerçek zamanlı olarak geri besler. Bu arada, özel kanat motorları ve servoları, JT-fly’a havada hassas bir şekilde manevra yaptırmak için birlikte çalışıyor.
Bazı kayda değer uçuş yetenekleri arasında sabit bir şekilde havada durma, saniyede 5 metreye kadar hızla ilerleme ve hassas iniş manevraları yapma yer alıyor. Robot, tıpkı yusufçuklar ve çekirgeler gibi hızlı bir kanat vuruşu kullanarak yatay başlangıç pozisyonlarından doğrudan havalanabiliyor. Tüm bu çevik beceriler, robotun hafif ama sağlam tasarımı ve sofistike yerleşik hesaplama kontrolü sayesinde mümkün olmaktadır.
Modlar Arasında Kolay Geçiş
JT-fly, uçuş ve yürüme yeteneklerini tamamen ayrı mekanizmalara bölmek yerine, birleşik bir tasarıma sahiptir. Aynı kompakt gövde, modaliteler arasında sorunsuzca geçiş yapmak için her iki motor ve sensör setini de destekler. Donanım konfigürasyonlarını sökmeye veya mekanik değişiklikler yapmaya gerek yoktur – robot, bacakların veya kanatların gerekli olup olmadığına bağlı olarak güç aldığı motor setlerini değiştirir.
Bu entegre mühendislik geçiş gecikmelerini ortadan kaldırır ve JT-fly’ın uçuş ve sürünme arasında anında geçiş yapmasına olanak tanır. Çeşitli ortamlarda maksimum etkinlik için mevcut hareket yöntemlerinden fırsatçı bir şekilde yararlanabilir. Robotun birleşik yapısı, benzer şekilde hızlı modalite değişimine olanak tanıyan birleşik anatomilere sahip olan böcekleri doğrudan taklit eder. Doğa bir kez daha mükemmel bir plan olarak hizmet ediyor.
Performans Rekorları Kırıyor
Küçük boyutu göz önüne alındığında, JT-fly bazı etkileyici operasyonel ölçütlere ulaşmaktadır. Hafif lityum polimer bataryası, böcek ölçeğindeki çoğu robottan önemli ölçüde daha iyi olan 8 dakikalık kesintisiz uçuş süresini mümkün kılıyor. Bu arada, bacak temelli sürünmeye geçerek bir saatlik bir batma operasyonu mümkün.
Her iki rakam da robotun küçük ölçeği göz önüne alındığında bekleneni aşıyor. Bu rakamlar, makinenin enerji tasarruflu tasarımına ve biyolojiden ilham alan mühendislik ilkelerinin kullanımına borçlu. Tıpkı gerçek böceklerin hareketi optimize etmesi gibi, mekanizmalar da aerodinamik hale getirilmiş ve gereksiz bileşenler çıkarılmıştır. Motorlar, her mod için özel olarak tasarlanmış hassas tork kontrolü sayesinde güç tasarrufu sağlıyor. Doğanın ince işlenmiş enerji yönetimi model olarak kullanılıyor.
Doğa Ana’nın Planlarından İpuçları Almak
JT-fly’ın başarılarının ardında, tasarım ilkelerini doğrudan böceklerden ve diğer canlılardan türetmeye daha fazla odaklanmak yatıyor. Araştırmacılar doğanın çok işlevliliğini en ince morfolojik ayrıntılarına kadar inceleyerek aşağıdaki gibi işlevsel mühendislik içgörüleri elde ettiler:
– Yapı: Koruma, iç muhafaza ve esnek hareket için birleşik hafif bir dış iskelet.
– İtiş gücü: Sürünmek için bağımsız digitigrade bacaklar ve çevik uçuş için çok yönlü kanatlar.
– Kontrol: Dağıtılmış yerleşik sensörler ve merkezi olmayan böcek sinir sistemlerinden esinlenen hesaplama modülleri.
– Güç: Son derece optimize edilmiş kompakt güç kaynakları ve kas ve metabolizma modellerine dayalı enerji verimli hareket.
Tabiat Ana’nın kanıtlanmış açık kaynak örneklerine bakmak, genellikle insan tasarımcıları atlatan optimize edilmiş özelliklerin belirlenmesini sağladı. Hücre yapılarından tüm fizyolojik sistemlere kadar biyolojinin çok ölçekli organizasyonunu taklit etmek, geçmişteki robot biliminin mücadele ettiği zorlukların üstesinden gelmeye yardımcı oldu. Sonuçlar kendi adlarına konuşuyor.
Robot Böcek JT-fly Hakkında Sık Sorulan Sorular
Bu robot böceğin böceklerden esinlenen diğer robotlarla kıyaslaması nasıl?
Belgede, JT-fly adı verilen bu robotun bugüne kadar görülen en böcek benzeri yetenekleri sergilediği belirtiliyor. Sadece uçmakla kalmıyor, aynı zamanda sürünebiliyor, havada asılı kalabiliyor, yere inebiliyor ve ters çevrildiğinde kendini düzeltebiliyor. Böceklerden esinlenen robotların çoğu ya uçmaya ya da sürünmeye odaklanır, her iki modaliteye değil.
Teknik özellikleri nelerdir?
JT-fly 35 gram ağırlığında ve 33 cm kanat açıklığına sahip. Uçuş için 5 m/s’ye kadar iki motor tarafından desteklenen dört kanat kullanır. İki motorla çalışan altı bacak 0,3 m/s hızla sürünmeyi sağlar. 380 mAh batarya yaklaşık 8 dakika uçuş ve 60 dakika sürünme sağlar. Bir IMU, barometre ve kablosuz iletişime sahiptir ancak şu anda sınırlı yerleşik özerkliğe sahiptir.
Bu robot için hangi uygulamalar öngörülüyor?
Araştırmacılar, yolların ve binaların hasar gördüğü afet yardımı senaryolarında potansiyel kullanımlar önermektedir. JT-fly’ın hem uçma hem de sürünme yeteneği, algılama görevlerini yerine getirmek için zor alanlara hızla konuşlanmasına ve erişmesine olanak sağlayabilir. Çok modlu yetenekleri, tek modlu robotlara göre faydasını artırıyor.
Böcek benzeri robotik yeteneklere ne kadar yakınız?
Robotların böcek yetenekleriyle eşleşmesi için hala uzun bir yol olsa da, JT-fly ilerlemeyi temsil ediyor. Böcekler küçük otonom boyutları, hareket kabiliyetleri, verimlilikleri ve kendi kendilerini onarabilmeleriyle ilham veriyor. Uçabilen ve sürünebilen robotlar yeni olasılıkların önünü açıyor, ancak böcekleri tamamen taklit etmek robotikçiler için büyük bir zorluk olmaya devam ediyor.
