Robotik
Çok Ölçekli Emiş ile Robotik İlerlemesi
Robotlar ve robotik çalışması, süreçlerimizi daha verimli ve optimize hâle getirmek için yeni yollar keşfetmeye devam eden sürekli evrimleşen bir alandır.bir robotik emiş kabı geliştirdi Ahtapotun biyolojik emicilerine benzer süper uyarlanabilir emiş yeteneklerine sahip.
Ahtapot İlhamlı Emiş Mekanizması Robotlarda
Her şey, Bristol Robotics Laboratory’ın, çok yüksek emiş seviyeleri gösteren ve herhangi bir kayaya mümkün olan en optimize şekilde tutunabilen ahtapot biyolojik emicilerinin yapısını incelemesiyle başladı. Bu araştırma, çok katmanlı yumuşak bir yapı ve bir ahtapotun kas ve mukus yapıları gibi davranabilen yapay bir sıvı sistemi oluşturulmasına yol açtı.
Bu araştırmanın en önemli başarısını açıklarken, makalenin baş yazarlarından Tianqi Yue şu sözleri söyledi: “En önemli gelişme, mekanik uyum – yumuşak malzemelerin yüzey şekline uyum sağlaması – ve sıvı sızdırmazlık – temas yüzeyine su yayılması – kombinasyonunun karmaşık yüzeylerde emiş uyarlanabilirliğini artırmadaki etkinliğini başarıyla gösterdik. Bu, biyolojik organizmaların uyarlanabilir emiş yeteneğinin sırrı da olabilir.”
Bu nedenle kilit gelişme, mevcut yapay emiş modundan bir adım daha ileri giderek uyarlanabilir emiş alanına geçmektir — en zor ve karmaşık yüzeylere tutunma yeteneği. Bu, çoklu emiş mekanizması gerektiriyordu ve araştırma bunun nasıl başarılacağını gösterdi.
Ahtapot Emicilerinin Nasıl Çalıştığını Daha İyi Anlamak İçin Tarihi Araştırmalar
Ahtapotlarda emişin nasıl çalıştığını anlamak, uzun süredir bilim camiasının ilgi alanı olmuştur. Araştırmacılar, ahtapotların emicilerini bağımsız olarak hareket ettirebildiğini ve gerektiğinde nesneleri kavrayabildiklerini biliyordu.
Livorno’daki araştırmacıların yürüttüğü bir çalışma, on yıldan fazla bir süre önce ahtapotları inceledi ve emicilerinin yan ve kenarlarının benzersiz bir şekilde yapılandığını buldu. Emicileri, su altında herhangi bir engebeli yüzeyde güçlü bir sızdırmazlık oluşturmalarına yardımcı olan çok küçük, konsantrik oluklara sahipti.
Benzer oluklar üst bölümde de görülebilir ve etkili, güçlü ancak düşük basınçlı bir sızdırmazlık sağlardı.
Bu düşük basınç fenomeni üzerine daha fazla araştırma yaparken, araştırmacılar emiciler hakkında daha fazla içgörü elde etti. Emicilerin yan ve kenarlarının yumuşak, üst kısmının ise çok daha katı olduğunu buldular. Bu daha az esneklik, büyük olasılıkla, yerel düşük basınç oluşumuna yardımcı olarak yapışmayı üstün, sağlam ve verimli kıldı.
Bu keşiften bu yana, ahtapot emiş mekanizmalarını robotlarda taklit etme konuşmaları oldu. Şimdi, çabaların meyve verdiğini görebiliyoruz.
Çoklu Emiş Mekanizması ve Nasıl Çözüldü!
Araştırma, ahtapot benzeri çoklu emiş mekanizmasının mekanik uyum ve düzenlenmiş su sızdırmazlığının organik bir kombinasyonu yoluyla kopyalanabileceğini öne sürdü. Robotik çözümün kullandığı çok katmanlı yumuşak malzemeler, önce alt tabakaya kaba bir mekanik uyum oluşturdu; bu da sızıntı açıklıklarını mikrometre seviyesine düşürdü. Bu mikron ölçeğindeki açıklıklar, yapay bir sıvı sisteminden düzenlenmiş su salgısı ile kapatıldı.
Bu Araştırmanın Gelecekteki Etkileri
Araştırmacılar, potansiyel uygulama alanlarını vurgularken, bu gelişmenin çeşitli karmaşık kuru yüzeyleri kavrayabilen robotik tutucuların yolunu açabileceğini belirttiler. Çok ölçekli uyarlanabilir emiş mekanizmasının daha etkili ve benzersiz uyarlanabilir emiş stratejileri geliştirmedeki önemini vurguladılar; bu da çok yönlü, yumuşak yapışma mekanizmalarının tam bir yelpazesine yol açabilir.
Mevcut çözüm bir pompa gerektirmediği için daha üstündür. Geliştiricileri gibi, mevcut çözümün çeşitli düzensiz nesneleri verimli bir şekilde kavrayabilen yeni nesil robotik tutuculara yol açacağını öngörüyorlar. Ekip, kupanın davranışını etkili bir şekilde düzenleyecek gömülü sensörlere sahip akıllı bir emiş kabı planlıyor.
Bu araştırma ve önerdiği çözüm kesinlikle bir atılım sayılırken, bilim ve robotik topluluğu her zaman ahtapotlardan ilham almıştır.
“Mevcut endüstriyel çözümler, emişi aktif olarak üretmek için sürekli çalışan hava pompaları kullanıyor, ancak bunlar gürültülü ve enerji israfı yapıyor.”
Bu araştırma ve önerdiği çözüm kesinlikle bir atılım sayılırken, bilim ve robotik topluluğu her zaman ahtapotlardan ilham almıştır.
Ahtapot: Muhteşem Yaratık
Bir ahtapotun genetik yapısı o kadar benzersizdir ki, bu gezegendeki hemen hemen tüm canlılardan önemli ölçüde farklıdır. Ahtapotlar üzerine yapılan bir DNA çalışması, yaklaşık 33.000 gen taşıdıklarını, bu sayının insandan yaklaşık 10.000 fazla olduğunu ortaya koydu. İnsanlar ve birçok hayvan gen kodlarını geliştirebilecekken, ahtapotlar kendi RNA’larını düzenleme yeteneğine sahiptir.
İnsanlarla bazı benzerlikler de vardı. Bu benzerlikler, onların insan gibi daha zeki olmalarına yardımcı oldu.
Örneğin, ahtapotlar beyinlerinde sinir ağına katkıda bulunan insan benzeri gen setlerine sahiptir. Bu sinir ağı, onları çeşitli koşullara uyumlu ve hızlı öğrenen hâle getirir. Ayrıca, RNA’larını düzenleme yetenekleri uyum yeteneklerini artırarak derin okyanusun aşırı soğuğuna dayanabilmelerini sağlar.
Görsel olarak da belli olduğu gibi, ahtapotların büyük bir beyni vardır. Ve insanlar gibi, kapalı bir dolaşım sistemi, iris korumalı gözler, retina ve lensleri bulunur.
Ahtapotlar ayrıca sınıfının en iyisi kamuflaj yeteneklerine sahiptir. Genetik kodları çözüldüğünden, bilim insanlarının bunu nasıl başardığını anlaması daha kolay olacak. Milisaniyeler içinde deri renklerini değiştirebilirler; bu yetenek nörobilimciler, kumaş mühendisleri ve yapısal mühendisler için faydalıdır.
Ahtapotun Zihni
Bir ahtapotun, özellikle büyük beyni, fizyolojik parlaklığı, bilim insanlarını bilişsel süreçlerini daha derinlemesine incelemeye motive etti.
2016 yılında, New York Şehir Üniversitesi Lisansüstü Merkezi’nde Seçkin Felsefe Profesörü ve Avustralya’da Sydney Üniversitesi’nde tarih ve bilim felsefesi profesörü olan Peter Godfrey-Smith, ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness’ (Diğer Zihinler: Ahtapot, Deniz ve Bilincin Derin Kökenleri) adlı bir kitap kaleme aldı. Kitapta şunları yazdı:
“Ahtapotlar ve akrabaları (kalamarlı ve kalamar) omurgasız hayvanlar denizinde zihinsel karmaşıklığın bir adasını temsil eder. Yaklaşık bir on yıl önce bu yaratıklarla ilk karşılaştığımdan beri, onlarla etkileşimde bulunurken mümkün olabilecek güçlü bir bağlanma hissine hayran kaldım.”
Kitapta, Prof. Godfrey-Smith, yaygın bir ahtapotun vücudunda yaklaşık 500 milyon nöron bulunduğunu vurguladı. Bu sayı, insanlarda (yaklaşık 100 milyar) çok daha az olsa da, ahtapotlar oldukça zekidir; basit labirentlerde yol bulabilir ve görsel ipuçlarını etkili bir şekilde kullanarak iki farklı ama tanıdık ortamı ayırt edip en iyi rotayı seçebilirler.
Zekâ ve fizyolojik benzersizliğin karışımı, ahtapotları diğerlerinden ayırır. Esasen, robotik alanı her zaman akıllı araçların karmaşık görevleri yerine getirdiği bu durumu elde etmeye çalışmıştır. Robotik öğrencilerinin bu muhteşem yaratığı sürekli keşfetmesi şaşırtıcı değildir. Kurumsal araştırmacıların yanı sıra, bu alanda faaliyet gösteren birkaç tanınmış şirket de vardır.
#1. ABB
Ürünlerinde ahtapot yeteneklerini taklit etmeye her zaman ilgi duyan bir şirket ABB idi. 2018 yılında, ABB Technological Ventures, ABB’nin stratejik risk sermayesi yatırım kolu, Whitesides Group’tan bir yan kuruluş olan Soft Robotics ile bir ortaklık kurdu.
Ahtapot tentaküllerinin işlevselliğinden ilham alan Soft Robotics, sensör veya elektromechanik cihazlara ihtiyaç duymadan çalışan polimerlerden yumuşak robotik aktüatörler geliştirdi. Şirket, hesaplama gücünü doğrudan kavrama yerleştirdi ve insan elinin yumuşak dokularını taklit eden mikro akışkan kanallara sahip özel bir malzeme karışımı geliştirdi.
Çok ölçekli emişin ileri robotik sistemlere entegrasyonundaki son gelişmeler, bu teknolojilerin etkinliğini ve verimliliğini artırabilir.
İnsanlara benzeyen gelişmiş göz yapıları ve yüksek zekâlarıyla tanınan ahtapotlar, robotikte önemli gelişmelere ilham verdi. Bu yıl, ABB, endüstriyel robotların hareketliliğini görsel ve bilişsel yeteneklerle donatarak artırmaya odaklanan İsviçreli teknoloji şirketi Sevensense’i satın aldı.
2023 mali yılında, ABB Group 32,2 milyar ABD doları gelir bildirdi. Şirket ayrıca araştırma ve geliştirmeye 1,3 milyar ABD doları önemli bir yatırım yaptı. Bununla birlikte, operasyonel EBITA marjı %17’ye yakındı.
#2. Festo
Başka bir örnekte, önde gelen bir robotik şirketin zaten ilgi gösterdiği ve çok ölçekli emişi daha da kullanarak yeteneklerini artırabileceği bir durumda, Almanya merkezli robotik şirketi Festo’nun ahtapottan ilham alan robotuna bakıyoruz.
İlk olarak OctopusGripper adı verilen bu robotik cihaz, emiciler ve hava kombinasyonu kullanarak nesneleri alıp tutup bırakabiliyordu. Daha sonra adı Tentacle Gripper (Tentakel Kavrayıcı) olarak değiştirildi. Şirket, bu biyonik kavrayıcıyı pnömatik olarak kontrol edilebilen yumuşak bir silikon yapı olarak tanımlıyor. Basınçlı hava sağlandığında, kavrayıcı içe doğru bükülerek nesnelerin etrafına güvenli bir şekilde sarılmasını sağlıyor.
Yapısal olarak, kavrayıcının silikon tentaküllerin içine iki sıra emiş kabı takılıdır. Küçük emiş kabları kavrayıcının ucuna yerleştirilmiş olup pasif bir etki sağlar, daha büyük emiş kabları ise vakumla çalışarak nesnenin kavrayıcıya sıkıca yapışmasını sağlar.
Festo, robotu Bionic Learning Network’te geliştirilen iki hafif pnömatik robot olan BionicMotionRobot ve BionicCobot üzerinde test etti. Kinematik yapıları sayesinde, bu iki robot da esnek olup sonsuz şekilde değişken sertliğe sahip olabiliyordu.
Yapay tentakel yumuşak bir malzemeden geliştirildiği için nazik ve yumuşak bir tutuş sağlayabiliyordu. Şirket, çözümün geleceğin işbirlikçi çalışma ortamları için büyük potansiyele sahip olduğunu iddia etti.
Gelir açısından, 2023 mali yılı şirket için bir konsolidasyon yılıydı. Festo’nun bir basın bültenine göre, kaydedilen cirosu bir önceki yılın seviyesinin biraz altında (‑%4,3, yaklaşık 3,65 milyar euro) oldu.
Gelirdeki hafif düşüşe rağmen, şirket araştırma ve geliştirmeye ve bölgesel pazar arzının genişletilmesine yoğun yatırım yapmaya devam ettiğini belirtti. Daha spesifik olarak, şirket 2023 yılında cirosunun %7,7’sini araştırma ve geliştirmeye yatırdı.
Doğadan ve Hayvan Krallığından İlham Alan Robotik
Bugün, robotik alanının ahtapot emicilerinden ilham aldığı belirli bir örneği ele aldık. Ancak daha geniş bir perspektiften bakıldığında, çevremizdeki tüm doğa dünyasından ilham alabilir. Ve birçok biyolojik ilhamlı robotik girişim zaten kamu alanında faaliyette.
Örneğin, Ocak 2024’te, yapılandırılmamış ortamları gezmek için tırmanan bitkilerin davranışsal uyarlanabilir stratejilerinden ilham alan otonom büyüyen bir robotun araştırması yayınlandı. Bu robotlar, tırmanan bitkilerin apikal sürgünlerini taklit ederek gömülü bir ek üretim mekanizması ve sensörlü bir uç aracılığıyla ekleyici uyarlanabilir büyümeyi algılayıp koordine edebiliyor.
Yumuşak robot üretimiyle uyumlu malzemeler alanında da önemli araştırmalar yapıldı. Birkaç yıl önce, Minnesota Twin Cities Üniversitesi bilim insanları ve mühendislerinden oluşan bir ekip, sentetik malzeme büyümesini güçlendiren bitki ilhamlı bir süreç geliştirdi.
Bu çözüm, araştırmacıların karmaşık arazileri hatta insan vücudunu bile gezebilen geliştirilmiş yumuşak robotlar üretmelerine yardımcı olabilir. Makalenin birinci yazarı Matthew Hausladen’a göre, araştırmacılar bitkilerin ve mantarların nasıl büyüdüğünden büyük ölçüde ilham almışlardır. Araştırmacılar şöyle dedi:
“Biz (araştırmacı ekibi), bitkilerin ve mantarların vücutlarının sonunda, ya kök uçlarında ya da yeni sürgünlerinde malzeme eklediği fikrini aldık ve bunu bir mühendislik sistemine çevirdik.”
Doğa dünyası, hayvanların binlerce yıl boyunca hayatta kalıp uyum sağlamasıyla hayal edebileceğimizden çok daha fazla değişim ve kayma yaşamıştır. Bu inanılmaz uyum tekniklerini titizlikle incelemeli ve daha ayrıntılı gözlemlemeliyiz. Onları gerçek ruhlarıyla taklit etmeye çalışmak, bilim ve teknoloji alanlarında hayal edebileceğimizden çok daha fazlasını başarmamıza her zaman yardımcı olacaktır.
