Afet Kurtarma Robotları İnsan Reflekslerine Sahip Olacak

Afetlere müdahalede gün geçtikçe önemli ilerlemeler kaydeden robot teknolojisi yenilikçi yönleriyle karşımıza çıkıyor. Afet alanlarına insana benzer aktiviteler yapabilen bir robot gönderebilme fikri MIT’deki Robotik Laboratuvarı’ndaki HERMES’in (Yüksek Verimli Robotik Mekanizmalar ve Elektromekanik Sistem) temelini oluşturdu.

A- A+

11.06.2019 tarihli yazı 7684 kez okunmuştur.

Günümüzde birçok farklı özelliğe sahip deprem enkazları üzerinden geçebilecek insansız kara araçları, dar boşluklarda ilerleyebilecek robot yılanlar ve bir yeri yukarıdan haritalayabilen dronelar geliştirildi. Ayrıca araştırmacılar, hasarları inceleyebilecek ve ilk yardım ekipmanlarını taşıma gibi kritik görevleri gerçekleştirebilecek insansı robotlar da tasarlıyorlar. Ancak teknolojideki gelişmelere rağmen, acil durumlara uygun robot tasarlayabilmek oldukça zor. Ağır bir kapıyı kaldırmak, yangın söndürme tüpünü kullanmak ve diğer basit ama zorlu çalışmalar robotların henüz hakim olamadıkları bir düzeyde koordinasyon gerektiriyor.

Teleoperasyon ile bir insan operatöre, robotun kendi kendine yapabileceğinden daha fazlasını başarması için sürekli veya belirli görevler vererek uzaktan kontrol edilebiliyor. Teleoperatif robotlar, uzun zamandır endüstriyel, havacılık ve su altında kullanılıyor. Araştırmacılar, bir kişinin hareketlerini, insansı bir robota aktarmak için hareket yakalama sistemlerini denediler. Örneğin; kollarınızı sallıyorsunuz ve robot hareketlerinizi taklit ediyor. Bu çalışma, insansı bir robotun döngü içinde kontrolü için tüm vücut teleoperasyon sisteminin konseptini, tasarımını ve deneysel uygulamasını içeriyor.

Savunma Sanayi Araştırma Projeleri Ajansı’nın (DARPA) desteğiyle, iki bölümden oluşan bir telerobotik sistem kuruldu. Bu sistem, insansı hareketleri robota ve robotun hareketlerini operatöre gönderen iki yönlü insan-makine arayüzüdür (Human Machine Interface). Bu insan-makine arayüzünün amacı, insansı robotların tüm vücutta teleoperasyon sırasında iki taraflı geri bildirim görevine yardımcı olmak için yeni ortam oluşturmaktır.

Eğer robot enkaz üzerine basıp dengesini kaybederse, operatör de aynı dengesizliği hissediyor ve robotun düşmemesi için içgüdüsel olarak tepki veriyor. Daha sonra bu fiziksel cevap yakalanıp robota geri gönderiliyor, bu da robotun düşmesini engelliyor. Yangın çıkmış bir binada robotun kendi başına aramalar yapması ya da robotu hasarlı bir endüstriyel tesise yerleştirip, kırılmış ve sızıntı yapan nükleer reaktörlerde vanaları kapatabilmesi bekleniyor. Bunlar çok yakın zamanda olmasa da teleoperasyona artan ilgi ile afet robotları, gelecekte bağımsız çalışabilecek.

Geliştirilen teleoperasyon sistemi, robotların bacaklarının dengede olmasını sağlamak ve diğer görevleri yerine getirmek için kullandığı otonom kontrolörlerin yerini almak üzere tasarlandı. İnsanın çok yönlülüğü ve algısı, robotun dayanıklılığı ve gücü ile birleştirildi. Doktora öğrencisi Joao Ramos, bu projeyi, “insanın beynini robotun içine sokmak” olarak nitelendiriyor.

►İlginizi Çekebilir: Sanal Gerçeklik ile Robot Kontrolü Yapıldı

Araştırmacılar, laboratuvarda biyolojik sistemlerin makine tasarımında nasıl kullanılabileceğini araştırıyorlar. Çoğu robot, daha hassas hareketler ve yumuşak temas için tasarlanıyor. Mevcut olan robotlar, güç manipülasyonu olarak adlandırılan beton yığınını yıkmak ya da bir baltayı sallamak gibi yorucu özellikleri yapamıyorlar. Özellikle bu tip ağır manipülasyonlar için HERMES adı verilen insansı robot tasarlandı. Geliştirilen bu robot, 45 kg ağırlığında olup güçlü ve sağlamdır.

HERMES’in eklemlerini güçlendirmek için DC motorlar yerine özel aktüatörler geliştirildi. Aktüatörler, büyük dişli çarkın içinde dönen küçük dişliye (planet dişli) bağlı fırçasız DC motorları içeriyor. Robotun omuz ve kalçaları doğrudan çalıştırılırken, dizleri ve dirsekleri aktüatörlere bağlı metal çubuklar tarafından sürülüyor. Bu sayede HERMES, dişlilere zarar vermeden mekanik darbeleri absorbe edebilecek şekilde insansı özellikleri taklit edebiliyor. HERMES ilk çalıştırıldığında, sadece bir çift bacağa sahipti.

HERMES’i kontrol etmek için kurulan insan-makine arayüzü, robotun dengesini geliştirmek için operatörün reflekslerine bağlı olduğundan geleneksel olanlardan farklıdır. Buna denge geri besleme arayüzü veya BFI (balance-feedback interface) deniliyor. Operatörün elindeki kontrolörler, robotun ellerini kontrol ediyor ve robotun başındaki kamera, videoyu operatöre geri gönderiyor, böylece o kişi robotun kafasını oradaymış gibi görebiliyor.

►İlginizi Çekebilir: İnsanlığın Geleceğindeki 6 Büyük Tehdit

Aylarca süren çalışmalar sonunda HERMES ve BFI’yı kontrol edebilmek için iki ayrı bilgisayar kuruldu. Her bilgisayar kendi kontrol döngüsünü çalıştırıyor ve her iki taraf da sürekli veri alışverişinde bulunuyor. Her döngünün başında HERMES, duruşuyla ilgili verileri topluyor ve BFI’dan operatörün duruşuyla ilgili verileri karşılaştırıyor. Verilerin nasıl değiştiğine bağlı olarak robot aktüatörlerini ayarlıyor ve hemen yeni duruş verilerini BFI’ya gönderiyor. BFI da operatörün duruşunu ayarlamak için benzer bir kontrol döngüsü gerçekleştiriyor. Bu işlem saniyede 1000 kez tekrarlanıyor.

İnsan ve robotun birleştiğinde nasıl davranacağını görebilmek adına HERMES için dengeleme algoritması testi yapıldı. Sadece bir çift bacak ve gövde olan HERMES’in vücudunun geri kalanı tamamlandı. Karbon fiberle güçlendirilmiş 3D baskılı parçalar ile bacaklarında ve ellerinde kullanılanlarla aynı aktüatörler kullanılarak kolları yapıldı. Kafasında operatör tarafından kullanılan kulaklığa, video akışı yapabilmek için üç boyutlu bir kamera bulunuyor.

Araştırmacıların yapmak istedikleri birçok test için HERMES çok büyük ve güçlüydü. Bu nedenle HERMES’in küçültülmüş versiyonu tasarlandı. Bu küçük robot, bacakları yerine vücuda daha yakın monte edilmiş, bacakların daha hızlı dönmesini sağlayan özel yüksek torklu aktüatörler kullanıldı. Bir deneyde, operatör ilk adımda yavaşça, daha sonra hızlı bir şekilde yerine oturdu. Küçük HERMES’de aynı şekilde davrandı. Operatör atlayınca, küçük HERMES’de atladı. Bu şekilde yapılan deneyler başarıyla sonuçlandı.

Projenin olumsuz yönlerinden biri, sistem için bir engel olan iletim gecikmeleridir. Araştırmacılar, hem düşük gecikme süresi hem de yüksek verimlilik iletimini sağlayan 5G gibi yeni kablosuz teknolojilerin bu sorunu çözebileceğine inanıyor. Bir diğer olumsuzluk ise operatörün BFI’yı uzun süre kullandıktan sonra veya çok fazla konsantrasyon gerektiren işler için yaşadığı zihinsel yorgunluktur.

►İlginizi Çekebilir: Çamaşırlarınızı Yıkayabilecek Robot Geliştirildi

HERMES, tahtaya baltayı vurabiliyor ve aynı zamanda itfaiyenin gözetiminde yangın söndürücü tüplerini kullanarak yangını söndürebiliyor. Afet robotları ayrıca, bir sürahiden bardağa su dökmek gibi daha fazla el becerisi gerektiren işleri de gerçekleştirebiliyor. Bu proje ile araştırmacılar, nükleer felaketler, yangın veya kimyasal tehlikeler gibi afet durumlarına cevap vermek için robotun performansından yararlanmayı hedefliyor.

Acil durum çalışanlarının işlerini daha iyi ve daha güvenli yapmalarına yardımcı olması için tasarlanan HERMES, zorlu arazilerde dört bacak üstünde yürümesi ve daha sonra arka bacaklarının üzerinde ayağa kalkması amaçlanıyor. Dört bacaklı robot, bir afet alanında hızlı bir şekilde hareket edebilecek ve daha sonra iki bacaklı bir robota dönüşebilecek. Araştırmacıların amacı, yetenekli iki ayaklı robota dönüşebilen dört ayaklı çevik bir robot geliştirebilmek.