Mevcut robotik sistemlerin birçoğu doğadan ilham alıyor ve belirli hedeflere ulaşmak için biyolojik süreçleri, doğal yapıları veya hayvan davranışlarını yapay olarak yeniden üretiyor. Bunun nedeni, hayvanların ve bitkilerin, kendi çevrelerinde hayatta kalmalarına yardımcı olacak yeteneklerle doğuştan donatılmış olmaları ve dolayısıyla robotların laboratuvar ortamları dışındaki performansını da artırabilmesidir.
Araştırmayı yürüten araştırmacılardan biri olan Enrico Donato, "Yumuşak robot kolları, ahtapot dokunaçları, fil hortumları, bitkiler gibi 'kemiksiz' organizmaların sergilediği gelişmiş manipülasyon yeteneklerinden ilham alan yeni nesil robotik manipülatörlerdir." Araştırma Tech Xplore'a söyledi. "Bu ilkelerin mühendislik çözümlerine dönüştürülmesi, uyumlu ve hünerli hareket üretmek için yumuşak elastik deformasyona uğrayabilen esnek hafif malzemelerden oluşan sistemlerle sonuçlanır. Bu arzu edilen özellikler nedeniyle, bu sistemler yüzeylere uyum sağlıyor ve potansiyel olarak düşük maliyetle fiziksel sağlamlık ve insan açısından güvenli çalışma sergiliyor."
Yumuşak robot kolları çok çeşitli gerçek dünya sorunlarına uygulanabilirken, özellikle katı robotların erişemeyeceği istenen konumlara ulaşmayı içeren görevlerin otomatikleştirilmesinde yararlı olabilir. Pek çok araştırma ekibi son zamanlarda bu esnek kolların bu görevleri etkili bir şekilde yerine getirmesine olanak sağlayacak kontrolörler geliştirmeye çalışıyor.
Donato, "Genel olarak, bu tür kontrolörlerin işleyişi, robotun iki operasyonel alanı, yani görev alanı ve aktüatör alanı arasında geçerli bir eşleme oluşturabilen hesaplamalı formülasyonlara dayanır" diye açıkladı. "Ancak, bu kontrolörlerin düzgün çalışması genellikle görsel geri bildirime dayanır ve bu da onların laboratuvar ortamlarındaki geçerliliğini sınırlandırarak bu sistemlerin doğal ve dinamik ortamlarda konuşlandırılabilirliğini kısıtlar. Bu makale, bu adreslenmemiş sınırlamanın üstesinden gelmeye ve bu sistemlerin erişimini yapılandırılmamış ortamlara genişletmeye yönelik ilk girişimdir."
Donato, "Bitkilerin hareket etmediği yönündeki yaygın yanlış inanışın aksine, bitkiler büyümeye dayalı hareket stratejilerini kullanarak aktif ve bilinçli bir şekilde bir noktadan diğerine hareket ediyor" dedi. "Bu stratejiler o kadar etkili ki bitkiler gezegendeki hemen hemen tüm habitatları kolonileştirebiliyor, bu da hayvanlar aleminde bulunmayan bir yetenek. İlginç bir şekilde, hayvanların aksine, bitki hareket stratejileri merkezi sinir sisteminden kaynaklanmıyor; daha ziyade merkezi olmayan hesaplama mekanizmalarının karmaşık biçimleri nedeniyle ortaya çıkıyor."
Araştırmacıların kontrolörünün işleyişini destekleyen kontrol stratejisi, bitkilerin hareketlerini destekleyen karmaşık merkezi olmayan mekanizmaları kopyalamaya çalışıyor. Ekip özellikle aşağıdan yukarıya bir yapıda birleştirilmiş merkezi olmayan bilgi işlem aracılarından oluşan davranış tabanlı yapay zeka araçlarını kullandı.
Donato, "Biyolojik esin kaynağı olan kontrolörümüzün yeniliği, genel uzanma davranışını oluşturmak için yumuşak robot kolunun temel mekanik işlevlerinden yararlandığımız basitliğinde yatıyor" dedi. "Özellikle, yumuşak robot kolu, her biri radyal olarak düzenlenmiş bir aktüatör üçlüsü aracılığıyla etkinleştirilen yedekli bir yumuşak modül düzenlemesinden oluşur. Böyle bir konfigürasyon için sistemin altı temel bükülme yönü oluşturabildiği iyi bilinmektedir."
Ekibin kontrolörünün işleyişini destekleyen bilgi işlem aracıları, çevresel durum ve fototropizm olarak bilinen iki farklı türdeki bitki hareketini yeniden üretmek için aktüatör konfigürasyonunun genliğinden ve zamanlamasından yararlanır. Döngüler bitkilerde yaygın olarak görülen salınımlardır; fototropizm ise bitkinin dallarını veya yapraklarını ışığa yaklaştıran yönsel hareketlerdir.
Donato ve meslektaşları tarafından oluşturulan kontrolör, bu iki davranış arasında geçiş yaparak robotik kolların iki aşamaya yayılan sıralı kontrolünü sağlıyor. Bu aşamalardan ilki kolların çevresini keşfettiği keşif aşaması, ikincisi ise istenilen yere veya nesneye ulaşmak için hareket ettiği ulaşma aşamasıdır.
Donato, "Bu özel çalışmadan belki de en önemli sonuç, yedekli yumuşak robot kollarının laboratuvar ortamı dışındaki yeteneklere çok basit bir kontrol çerçevesiyle erişmesine ilk kez olanak sağlanmasıdır" dedi. “Ayrıca kontrolör herhangi bir yazılıma uygulanabilir.robotkol benzer bir çalıştırma düzenlemesi sağladı. Bu, sürekli ve yumuşak robotlarda gömülü algılama ve dağıtılmış kontrol stratejilerinin kullanımına yönelik bir adımdır."
Şimdiye kadar araştırmacılar, 9 serbestlik derecesine (9-DoF) sahip modüler kabloyla çalışan, hafif ve yumuşak bir robotik kol kullanarak kontrol cihazlarını bir dizi testte test ettiler. Kontrolör, kolun hem çevresini keşfetmesine hem de bir hedef konuma geçmişte önerilen diğer kontrol stratejilerinden daha etkili bir şekilde ulaşmasını sağladığından sonuçları son derece umut vericiydi.
Gelecekte, yeni kontrolör diğer yumuşak robotik kollara uygulanabilecek ve dinamik çevresel değişikliklerle başa çıkma yeteneğini daha fazla değerlendirmek için hem laboratuvar hem de gerçek dünya ortamlarında test edilebilecek. Bu arada Donato ve meslektaşları, ek robotik kol hareketleri ve davranışları üretebilecek şekilde kontrol stratejilerini daha da geliştirmeyi planlıyor.
Donato, "Şu anda, bu tür sistemlerin doğal ortamlarda uzun süre çalışabilmesini sağlamak için hedef izleme, tam kol eşleştirme vb. gibi daha karmaşık davranışları mümkün kılmak için kontrolörün yeteneklerini geliştirmeyi hedefliyoruz" diye ekledi.
Gönderim zamanı: Haz-06-2023