NASA’nın Yeni Robotu Astrobee
[Özel Haber]

Nasa 2006 yılından bu yana değin, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda üç tane küçük ve uçan robotlara sahipti. SPHERES (Eşzamanlı Pozisyon Tutma ve Deneysel Uyduları Yeniden Düzenleme) olarak adlandırılan bu robotlar, otonom oluşum, navigasyon, haritalama ve ortaokul öğrencilerinin ekip yarışmalarında yazdığı programları çalıştırmak gibi çok çeşitli deneylerde yaklaşık 600 saat denendi. SPHERES, astronotlara ve uçuş kontrolörlerine yardım etmek açısından pratik bir tasarıma sahip değildi. Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki bilim insanlarına yardımcı olması açısından artık daha meraklı, çok yönlü ve gelişmiş özelliklere sahip bir robot tasarlamanın zamanı gelmişti. Bu robot Astrobee’den başkası olamazdı.

A- A+

19.02.2017 tarihli yazı 8082 kez okunmuştur.

NASA Astrobee Robotu

Astrobee, yaklaşık 32 santimetrelik bir küptür. Her köşe ve iki tarafın çoğu yumuşak bir tampon malzemesi ile kaplıdır ve içinde tahrik sistemi bulunmaktadır. Robottaki merkezi kısım, sensörleri, kontrol sistemlerini, dokunmatik ekran ve ISS (Uluslararası Uzay İstasyonu) korkuluklarına tutturmak için tasarlanmış bir kol dahil olmak üzere donanım eklemek için çeşitli yük boşlukları yuvaları içerir.

Astrobee, ISS’de serbestçe dolaşmak üzere tasarlanmış olsa da, düz bir yüzeyin üzerinde düşük sürtünmeli bir hava yatağı oluşturmak için CO2 jetini kullanan, granit bloktan oluşan bir kızak üzerine monte edilmiştir. Bu, araştırmacıların, robotun tahrik ve navigasyon sistemlerini test etmek için iki boyutta mikro yerçekimini simule etmelerini sağlar. Fakat robot bir kere uzaya çıktığında üzerindeki mavi tamponlar ve onun altındaki tüm nesnelerden kurtulacaktır.

NASA AStrobee, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda astronotlara yardımcı olmak için tasarlanmış yeni nesil uçan robotlardır.

SPHERES’den Küplere

Astrobee tasarlanırken SPHERES’den çok daha fazla şey yapması beklendi; otonom ve güvenli bir şekilde çalışması için tamamen sıfırdan tasarlanmış yeni bir platform yaratıldı. Astroobee’nin en büyük yeniliği, geliştirilen tahrik sistemidir. SPHERES sabit astronot denetimi gerektirir vetek kullanımlık alkalin pil paketleri ve CO2 itici güç özellikli tankları içerir. Astrobee ise elektrikle çalışan bir tahrik sistemine sahiptir ve kendisini bir liman üzerinde şarj edebilir. NASA, Astrobee’nin doğrudan ya da tamamen kendi başına uzaktan kumandayla ISS’nin etrafında gezinebileceğini söylemiştir. Özelleştirilmiş donanımları kabul etmek için tasarlanmış modüler yuvalarla robot, bazı durumlarda insan astronotlarından sıkıcı “temizlik” işlerini dahi devralıp, çeşitli görevleri yerine getirebilir.

►İlginizi Çekebilir: Star Wars'ın Yeni Droid'i BB-8 Nasıl Çalışır?

Astrobee temel özellikleri bakımından SPHERES’ten farklıdır. Çünkü yalnızca ISS içerisinde çalışmak üzere tasarlanmıştır. SPHERES tasarlanırken teorik olarak mekanın boşluğunda istasyonun içinde değil, istasyonun dışında da çalışabilen CO2 tahliye sistemi etrafında tasarlanmıştı.

Fotoğraf: NASA / ISS)NASA astronotu Scott Kelly, Uluslararası Uzay İstasyonu'nda SPHERES ile birlikte çalışıyor.

Astrobee, etrafında bir atmosfere sahip olabileceğinden emin olduğu için, havayı belirli yönlerde bastırarak kendisini yerinden oynatabilmektedir. Bu şekilde, Dünya’da burada uçacak çoğu şeyi yapabilmektedir. Bu tarz işleri yapmak için her türlü yol mevcuttur fakat mikro yerçekiminde güvenli çalışmak, Astrobee’nin oldukça karmaşık ve kesinlikle etkileyici tahrik tasarımına yol açan korkutucu sayıda eşsiz zorlukları da beraberinde getirmektedir.

Güvenli Tahrik

Astrobee’nin iki yüzünde, koruyucu ekranın arkasında, bir pervane, havayı emen büyük bir fan vardır. Jiroskobik kuvvetleri en aza indirgemek için birbiriyle ters yönde dönen çarklar, her yüzdeki yönlendirilebilir püskürtme uçlarından dışarı yönlendirilen robotun içinde basınçlı bir hava cebi oluşturur. Tüm püskürtme uçları kapalıysa, Astrobee hareket etmez ve bunları tek tek veya kombinasyon halinde açma-itme oluşturarak robotun ters yönde hareket etmesini sağlar.

►İlginizi Çekebilir: NASA'nın Karbon Nanotüplü Teleskop Aynaları

NASA Akıllı Robot Grubu'ndaki Astrobee Projesi için şef sistem mühendisi Trey Smith Astrobee için “On iki püskürtücüsü var ve hepsi merkezden uzakta olacak şekilde özenle yerleştirildi” diyor. Bir çift itici kullanılarak, denge kurulur. Kartezyen eksenlerin her ikisinde de artı ve eksi yönlerde saf çeviri veya saf döndürme sağlayan farklı çiftler vardır ve bu da istediğiniz her yöne göre itme kuvveti elde edebileceğinizi gösterir.

Astrobee, uzaktan kumanda altında ya da tamamen kendisi tarafından çeşitli görevler icra edebilir ve bazı durumlarda astronotlardan sıkıcı “oda temizliği” işlerini üstlenerek ISS’nin etrafında ilerleyebilir.

NASA, kendi itme kuvvetini üretebilen ve ISS etrafında özerk olarak hareket edebilen bir robot fikri hakkında biraz endişelidir. Merkez dışı iticileri Astrobee’nin güvenli olması için tasarlanmış tek yoldur. Hareketli parçalarının tümü bir astronotun herhangi bir yerden güvenli bir şekilde tutabileceği anlamına gelir ve her köşe yumuşak bir köpük ile yuvarlatılır ve yastıklar, herhangi bir kaza durumunda potansiyel hasarı en aza indirir.

Fotoğraf: Evan Ackerman / IEEE Spectrum )Tahrik modüllerinden birini gösteren Astrobee'nin yandan görünüşü.

Smith, ISS pencerelerinin bir sorun haline geldiğini çünkü Astrobee kütle bakımından büyük bir kabarık bowling topuna benzediğini ve çarpışmada ortaya çıkabilecek potansiyel kuvvet hakkında henüz net bir hesaplama yapılmadığını belirtmiştir. ISS’deki tipik pencere dört kat cam tabakasına sahiptir: bunlardan ikisi basınç bölmeleridir, daha sonra iç kısımda ve dış tarafta çizik ve enkaz bölmesi vardır. Kanıtlamaya çalıştıkları şey ise, bu bölgeyi kırmanın imkansız oluşudur.

Astrobee de temel düzeyde donanım güvenliği sağlanmalıdır. Eğer yazılımın tümü mümkün olan en kötü yola saparsa, robot istasyona potansiyel bir hasar vermemelidir. Astrobee ekibi kontrol dışı bir robotun güvenlik endişelerini tam olarak telafi etmek için mutlak bir en kötü senaryoyu hayal etmek zorundaydı. İstasyonun pencerelerinden birine doğru en uzun düz çizgi mesafesi göz ardı edilemezdi. Bu noktada, robot saniyede yaklaşık iki metre hız ile hareket eder ve yazılımla sınırlı olan 0.75 m/sn’lik üst hızdan daha hızlıdır. Smith “Çizik bölme kırılabilir fakat Astrobee kritik bir hasara sebep olamaz” diyor.

Yükler, Algılayıcılar ve Beyinler

Astrobee’nin her iki tarafındaki tahrik modülleri arasında; robotun otonom biçimde çalışması için gereken çeşitli algılayıcılar ve bilgi işlem donanımı için de çok fazla alan vardır. Çeşitli yükleri barındıracak bir kapasiteye sahip robotun üst ve alt kısmına bakılacak olursa; üçte biri mekanik, veri ve güç bağlantılarına sahip olan yük boşlukları mevcuttur.

Smith’in açıklamasına göre, cepheye yerleştirilen üst dolum yuvası şu anda Astrobee’nin kendi navigasyon algılayıcıları ile devralındı. Ancak açık yüklü bölgeler Astrobee için öncelik taşıyordu. Smith, “Yükleme yöntemimiz gerçekten SPHERES’le olan deneyimlerimizden çıktı. İlk başta, SPHERES’in amacı çoğunlukla formasyonlu uçan yazılımı test etmekti, ancak insanlar o zaman yükler yükleyebileceğimizi fark etti ve dolayısıyla bu fikir bizi Astrobee için daha detaylı düşünmeye sevk etti” dedi.

Fotoğraf: Evan Ackerman / IEEE Spectrum) Astrobee'nin ön yüzü, kameralarını, sensörlerini ve dokunmatik ekranını gösteriyor.

Astrobee’nin bilgi işlem sistemi biri düşük, biri orta, biri üst düzey olmak üzere üç katmanlı işlemci içermektedir. Orta düzey ve üst düzey işlemciler aynıdır. Fakat üst düzey işlemci Android çalıştırıyor ve yükle ilgiliyken, orta seviye Linux çalıştırıyor ve robotun çekirdek işlevselliğinin çoğuna dikkat ediyor. Bu, Astrobee’yi programlamayı nispeten kolay hale getirirken bilim yükünü güzel ve izole tutar. Çünkü geniş kapsamlı bir API aracılığıyla Astrobee ile arabirim olan Android uygulamaları yazabilirsiniz

Astrobee’nin algılayıcı takımı, videoyu ISS’den gerçek zamanlı olarak yere aktarabilen bir HD otomatik odaklı kamera ile birlikte, 116 derece görüş alanına sahip bir birincil navigasyon kamerasından oluşur. Ayrıca engelleri yaklaşık dört metreye kadar tespit edebilen CamBoard Pico Flexx uçuş zamanlı flaş IR 3B sensörü ve hız tespit eden Astrobee’nin üst yüzüne monte edilmiş bir optik akış detektörü vardır ve robot çok hızlı hareket etmeye başlarsa motorları keser. Engel kaçınılması, kenetlenme ve tutunmaya yardımcı olmak için robotun arkasında iki kamera daha görünmektedir.

Tahrik sistemi de dâhil olmak üzere, iyileştirilen robotta lityum iyon piller kullanılmıştır. Bu tehlikeli görülse de, Astrobee ekibi, lityum iyonu kullanan ilk grup değildir ve bu nedenle kabul edilmiş güvenlik prosedürlerini takip etmiştir. Uçuş süresinin iyi olması için robot, uçuştan birkaç saat önce şarj edilmek zorundadır.

Özerk Navigasyon

Astrobee’yi benzersiz ve değerli kılan şeylerden biri, ISS’nin ABD modülünün yanı sıra ESA ve JAXA modüllerinde bağımsız olarak gezinebilmesidir. Astrobee’nin bu konuda önemli bir işi vardır çünkü ISS oldukça yapılandırılmış bir çevredir. Kompakt, iyi tanımlanmış ve öngörülebilir bir alandır ve bir şeyler çok yanlış yapılmadığı sürece, yağmur ya da karanlık gibi dış faktörler etken değildir. Robot kendisini konumlandırmak için bir sistem kullanır ve tek bir monoklüler kameranın gördüğü özellikleri eşsiz bir ISS haritasıyla karşılaşır. Daha önce yapılmış bir harita, tek bir video kare ile önceki haritada yer alan işaretli yerleri gösterip, o yerleri tanımlayabilir.

►İlginizi Çekebilir: NASA Elektrikli Uçak Projelerini Destekliyor

Uzay robotuna özgü sorunlardan biri de, insanların etrafında gezinip, yukarı veya aşağı doğru kurulmadığı yerlerdir. Smith, “Şu anki haritalarımızla yerçekimine sahip olduğumuzu iddia ediyoruz, bu nedenle robotun üstü daima tepeden tırmanıyor ve bir araba gibi dolaştığımızı hayal ediyor olabilirsiniz” diyor. ISS’de “tavan” ve astronotlar için kullanmaya eğilimli bir “güverte” vardır, aydınlatma yönü en azından kısmen tanımlanıyor. Astrobee şüphesiz ki gezinirken bir yerlere kazara basabilir veya tekmeleyebilir fakat NASA zamanla Astrobee’nin özerk navigasyon yeteneklerini aşamalı olarak geliştirmeyi planlıyor.

Astrobee’nin özerkliği isteğe bağlıdır. Onu kontrol altında tutmak, denetleyicilerin robotu gerektiğinde yönlendirmelerine izin vermek ve Astrobee’nin özerkliğine bir şekilde başarısız olursa insanın üstesinden gelebilmesini sağlamak açısından önemli bir özelliktir. Bu tür bir ayarlanabilir özerklik, robotun daha verimli ve çok yönlü olmasını sağlar, çünkü kontrolörlerin herhangi bir düzeyde komutlar verebilmeleri mümkündür, ancak bir insanın daima denetleme kontrolüne sahip olması beklenir ve her şey ters giderse, mürettebat daima içeri girip robotu rıhtıma geri götürebilir.

ISS’de Rahat Bir İskele

ISS meşgulken ve önemli bir yerdeyken uçmadığında, Astrobee’nin özel bir rıhtımda rahat bir evi olacak. Bağlantı istasyonu, güç ve temel telemetri istasyonu ile bağlantılıdır ve Astrobee’nin görmesini kolaylaştırmak için bazı referans noktaları içerir. İki adet rıhtım vardır ve Astrobee, arkaya bakan kamerasını kullanarak tek başına gezinebilir. Rıhtıma yeterince yakın olduğu zaman, mıknatıslar onu orada tutmak için harekete geçer ve robotun tekrar uçabilmesi için rıhtımın mıknatıslarını geri çekmesi için talimat verilmesi gerekir.

Fotoğraf: Evan Ackerman / IEEE Spectrum) İskelesi üzerindeki Astrobee

Robotun Kolları

Absorbee’nin NASA’nın Ames sistem mühendislerinin Won Park’ta tasarladığı, küçük bir 3D baskılı tırtıklı bir kolu vardır. Astrobee seyahat halinde değilken kol, üst arka yük alma yuvasına geri çekiliyor ve ancak talep üzerine açılıyor. Arka kamerayı kullanarak kol, astronotların etrafında dolaşmak ve yerinde tutmak için kullandığı standart korkulukları bulup tutabilir. Astrobee’yi çarkları çalıştırmak yerine sabit tutmak için tezgâh kolunu kullanarak robotun pil ömrü % 80’e kadar çıkabilir. Tersine yerleştirildiğinde, kol motorları robot gövdesini kaydırmak ve eğmek için kullanılabilir; bu da uzaktaki bir video kamera için ihtiyaç duyduğumuz şeydir.

Evan Ackerman/IEEE Spectrum ) Astrobee korkuluğa tutunmak için kolunu kullanıyor

Koldaki kavrama, Willow Garage’da Velo tutacağı geliştiren Matei Ciocarlie’nin başkanlığında, NASA Ames ile Columbia Üniversitesi ROAM Laboratuvarı arasındaki bir işbirliğidir. Tutucu, Astrobee’yi güvenli bir şekilde tutabilmek için mekanik olarak uyumludur ve kalibre edilmiştir; kol üst üste bir kuvvet ettikten sonra gücü kesmek üzere programlanmıştır. Bu aynı zamanda güvenlik özelliğidir. NASA, tutma özelliğini geliştireceğini ve robotun kolunu da güçlendireceğini söylüyor.

NASA, Astrobee’nin kolu için farklı kullanım şekilleri de düşünmektedir. Örneğin, Astrobee’nin yedek yük kaldırma yuvasına parmaklık eklemeyi ve daha sonra başka bir Astrobee koluyla tutturmayı düşünmektedir. Tutucu aynı zamanda değiştirilebilir, bu nedenle araştırmacılar çeşitli görevler yapmak için özel tutucular geliştiriyor ve onları uzaydaki bir Astrobee üzerinde test edecek.

Kullanışlı ve Çok Yönlü Otonom Özellik

Bir robotu değerli hale getirmenin sırrı, kendisine yatırım yapılan zaman ve harcanan zamana karşılık olumlu bir getiri sağlayacak şekilde tasarlanmasıdır. Astrobee de tasarlanırken astronotlardan bağımsız olarak çalışması planlanmıştır. Bu tamamen özerk bir operasyon ile ya da uzaktan kumanda ile yapılabilir, ancak amaç, insanın robotu kullanırken daha fazla enerji harcamasına engel olmaktır. Eğer Astrobee, herhangi bir mürettebata ihtiyaç duymadan, astronotların yoluna girmeden kendi işini yapabilirse, gerçekleştirecek çok fazla görevi olacaktır.

Astrobee ekibi, astronotlar ve Astrobee’nin ortak yapabileceği birkaç şey belirtmiştir. Bunlardan biri mürettebat etkinliklerin videosunu çekmektir.

Ekip uzay istasyonunun her yerinde sesli okumalar yapmak, RFID ile envanter yapmak ya da CO2 seviyelerini kontrol etmek, temizlik projeleri gibi çeşitli şeyler için zaman harcamaktadır. Astrobee bu işleri devralırsa, bilim insanlarının daha önemli keşifler yapmak için çok daha fazla zamanı olacaktır.

İyi Bir Görünüm

NASA Ames’te gördüğümüz Astrobee prototipi, sadece donanım açısından havalı görünse de, ISS’de çalışmaya başlayan robot versiyonu görsel açıdan çok daha ilginç olacak. Astrobee’nin nihai görünümü, Nasa Ames’te bir HRI araştırmacı olan Yun-kyung Kim’in projesidir. Araştırmacılar kendilerini tasarlayabilecek ya da tasarımlar için dış kaynak kullanacaklar. Nomex kumaştan yapılmış, renkli grafik kaplamalar ile çocuklar da uzay robotları ile uğraşmaları için teşvik edilecektir. Astrobee’nin ön ve arka yüzünün değişik şekilde dizayn edilmesinin sebebi, ön ve arka yüzünü rahatça ayırt edebilmek içindir.

Astrobee'nin son tasarımının bir gösterimi

Astrobee’nin basit bilgileri görsel olarak iletmek için kullanılabilen çark girişleri çevresinde bir dizi LED ile donatılması planlanmaktadır. Dönüş sinyallerine veya robotun hangi görevi yerine getirdiğine dair bir gösterge ya da uzaktan kumandalı veya özerk modda olup olmadığının kontrol edilmesi için çabalanmaktadır. Robotun dokunmatik ekranı vardır, ancak LED’lerin daha basit ve acil durumlar için kullanılması amaçlanmıştır. Astrobee’nin de hoparlörü vardır ve Kim, Astrobee’nin çok gürültülü bir şekilde olmadan astronotlarla iletişim kuracağını söylüyor.

Uzaya Yönelmek

NASA, Ekim 2017 ile Eylül 2018 arasında, Astrobee’yi yörüngede gezdirmeyi planlıyor. Rıhtıma sadece iki robot kenetlenebilmesine rağmen üç robot da uzay istasyonuna gönderilecektie. Üçüncüsü bir yerlerde bir dolapta paketlenecek, ancak mürettebat tarafından bazı üçlü Astrobee deneylerine katılmak için dışarı çekebilecektir. Muhtemelen bu robotları çalıştırmak ve biraz zaman alacaktır. Limanı kurmanın yanı sıra, astronotlar istasyonun bir haritasını yaparak robotların özerk olarak dolaşabilmeleri için onlara yardım edecektir. Mürettebat zamanı daima primlidir, ancak umut edici bir şey olarak, Astrobee'nin gidebileceği bir şey olduğunda, istasyonun etrafında yardım ederek o zamanın bir kısmını karşılıksız bırakabilmesidir.

Astrobee, SPHERES’in yerini alarak ve bu geçişin bir parçası olarak, NASA’nın Misafir Bilim İnsanı Programı’nın sonunda dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları için hem donanım hem de yazılım üzerinde deneyler yapmak için bir yol sağlayacağı düşünülüyor. Geçmişte, SPHERES için astronot desteği sıkça talep edilmiştir. Astrobee’nin artan özerkliği ile astronotlardan beklenen destek de zamanla azalacaktır.

NASA’nın uzay robotlarına yönelik planları, her zaman hırslı olmuştur. Genellikle, büyük bir mürettebat desteği gerekir. Astrobee umut vericidir çünkü otonom operasyon için özel olarak dizayn edilmiştir ve insan mürettebatına yardımcı olmaktadır. Astrobee, planlanan ölçüde özerk bir noktaya getirilirse, tüm Dünya’ya küçük bir uzay robotunun tam olarak ne kadar değerli olabileceği gösterilmiş olacaktır.

Kaynak:

►IEEE Spectrum
►NASA