Yumuşak Robotikte Köpük İçindeki Akışkan Kontrolünden Yararlanmak

Sert Robotlardan Yumuşak Robotlara

Robot deyince büyük endüstriyel makineler veya bilimkurgudaki geleceğin robotları akla gelir: metalden yapılmış ürkütücü Terminator'dan daha şık ve pürüzsüz iRobot tasarımına ve gerçek modern insan benzeri robotlara kadar pek çok örnek vardır.

Kaynak: Sanctuary

Bu tasarımlarda metal ve plastik yüzeyler yaygındır; hareket genellikle elektrik motorları, pistonlar veya hidrolik sistemlerle sağlanır. Ancak bütün robotlar aynı yapıya sahip değildir.

Ancak, bu robotik tasarım, daha ince bir yaklaşım gerektiren birçok uygulama için sınırlayıcı olabilir. Örneğin, insan vücudu ile etkileşime giren robotlar ya da meyve toplama görevini üstlenen robotlar, hasar oluşmasını önlemek için daha esnek malzemeler ve daha nazik bir dokunuş gerektirir.

Bu ihtiyaca yanıt olarak, yumuşak robotik adı verilen yeni bir alan ortaya çıkıyor. Bu alan, yeni malzemeler kullanarak yumuşak ve esnek robotik sistemler oluşturmayı araştırıyor. Bu fikri daha önce, özellikle 3D baskının yumuşak robotlar inşa etmesine nasıl yardımcı olabileceği ve hidrojelin robotların çevikliğini nasıl artırabileceği konularında incelemiştik.

Yumuşak robotik yöntemlerine yeni bir yaklaşım ekleniyor: köpük içinde akışkan kontrolü.

Pnömatik Mantıktan Köpük İçinde Akışkan Kontrolüne

Teksas’taki Rice Üniversitesi araştırmacıları, açık hücreli köpüğün gözeneklerinden geçen havayı kullanarak bazı algılama ve kontrol işlevlerini elektronik devreler olmadan gerçekleştirmeyi inceledi. Bulgularını şu makalede yayımladılar: “Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.

Çalışmanın çıkış noktası pnömatik mantık devreleriydi. Bu devrelerde bazı hesaplama ve kontrol işlemleri elektrik sinyalleri yerine hava basıncı ve akışındaki değişimlerle yapılır.

Önceki pnömatik tasarımlar çoğunlukla elektronik devrelerin düzenini taklit ediyordu. İşlevler karmaşıklaştıkça devrelerin boyutu ve ağırlığı artabiliyordu.

Rice ekibi, havanın köpük tabakalarındaki mikroskobik gözeneklerden geçerken oluşturduğu basınç farklarını kullandı. Birden fazla tabakayla akış direncini ayarlayarak algılama ve kontrol işlevlerini daha sade bir devre yapısında birleştirdi.

Kaynak: Rice Üniversitesi

Yapıya Gömülü Analog Devre

Bir robot parçasının basınca tepki vermesi buna örnektir. Geleneksel bir çözümde sensörler, kontrol elektroniği ve kuvveti düzenleyen bir hareket sistemi kullanılabilir. Gereken bileşenler uygulamaya göre değişir.

Köpük tabanlı akışkan devrelerinde tepki, robotun yapısına gömülebilir. Basınç değişimi bükülmeyi veya hareketi kontrol edebilir. Ancak daha az kuvvet uygulamanın her durumda tam yarı miktarda bükülme oluşturacağı söylenemez.

Kaynak: Rice Üniversitesi

Bu yaklaşımın modellenmesi kolay değildi. Havanın yoğunluğu basınçla değiştiği için köpük içindeki akışın hesabında sıkıştırılabilirlik de dikkate alınmalıydı.

Hava akışını ve köpüğün tepkisini öngörebilen kuramsal modelin oluşturulması çalışmanın önemli bir parçasıydı. Bu model, öngörülebilir davranışa sahip devrelerin tasarımını destekledi.

Uygulamalar

Köpük içindeki akışkan kontrolü bazı sensör ve kontrol işlevlerinde elektronik bileşen ihtiyacını azaltabilir. Esnekliği, kumaş ve giysilere entegrasyon için ilgi çekicidir. Ancak sistemin hâlâ basınçlı hava kaynağına ihtiyacı vardır; tüm cihazın bataryasız veya güç kaynağı olmadan çalıştığı sonucu çıkarılamaz.

Giyilebilir Robotik Destekler

Olası uygulamalardan biri, engellilik veya yaralanma nedeniyle hareketi kısıtlanan kişilere destek sağlamaktır. Geleneksel robotik dış iskeletler bu alanda zaten kullanılmaktadır. Konuyu şu yazımızda ele aldık: “Robotikle bağımsızlık ve hareketlilik: Giyilebilir robotik destekler Parkinson hastalarına nasıl yardımcı olabilir?”.

Benzer sistemler depo, fabrika ve askerî görevlerde ağır yük kaldırmaya bağlı yaralanmaları azaltmaya yardımcı olabilir.

Köpük tabanlı kontrolün dış iskeletlere veya özel tasarlanmış giysilere eklenmesi araştırılabilir. Bu, mevcut dış iskeletlerin bütünüyle değiştirildiği ya da klinik yararın kanıtlandığı anlamına gelmez.

VR / Haptik Teknolojisi

Haptik sistemler, bir uyarana karşı dokunma hissi oluşturur. Sanal gerçeklik ve eğitim simülasyonlarında kullanıcıya fiziksel geri bildirim sağlamayı amaçlar.

Köpük tabanlı akışkan devreleri hareketin veya basıncın algılanması ve dokunsal geri bildirime dönüştürülmesi için araştırılabilir. Doktorların, acil müdahale ekiplerinin ve diğer uzmanların eğitim simülasyonları olası kullanım alanlarıdır; bu uygulamalar için ek geliştirme gerekir.

Kaynak: Rice Üniversitesi

Yumuşak Robotik Alanına Yatırım

Robotlar hasta bakımı, depolama ve tarım gibi alanlarda daha fazla kullanılmaya başladıkça yumuşak robotik için fırsatlar doğabilir. Teknolojinin yaygınlaşması güvenilirlik, maliyet ve uygulamaya uygunluk gibi etkenlere bağlıdır.

Robotik şirketlerine çeşitli aracı kurumlar üzerinden yatırım yapılabilir. securities.io üzerinde ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık, ve diğer ülkeler için aracı kurum değerlendirmelerimizi bulabilirsiniz.

Tek tek şirket seçmek yerine Global X Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT), veya ROBO Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO) gibi robotik ETF’leri de incelenebilir. Bu fonlar şirket bazında çeşitlendirme sağlayabilir, ancak sektör ve piyasa risklerini ortadan kaldırmaz.

Yumuşak Robotik Şirketleri

1. Ekso BIONICS

Ekso Bionics, robotik dış iskelet geliştiren bir şirkettir. Tıbbi rehabilitasyon ürünü EksoNR ile endüstriyel üst gövde desteği EVO farklı amaçlara yöneliktir. ABI ise bir giysi adı değil, edinilmiş beyin hasarının İngilizce kısaltmasıdır; ilgili tıbbi kullanım izni bu hasta grubuyla ilgilidir.

Şirket rehabilitasyon ve tıbbi hareket desteğine odaklanırken işyerlerinde fiziksel destek sağlayan ürünler de geliştirmiştir.

Şirketin 2023 geliri, 2022’deki yaklaşık 12,9 milyon dolardan 18,3 milyon dolara çıktı. Mart 2024 tarihli sonuç açıklamasındaki yıllık büyüme %42 idi; %38 değildi.

Kaynak: Ekso

Şirket, 2022’de Parker Hannifin Corporation’dan Human Motion and Control (HMC) iş birimini satın aldı ve ürün portföyüne felçli kişiler için motorlu dış iskeletleri ekledi.

Bu satın alma, ürün geliştirme ile stratejik satın almaların birlikte kullanılabileceğini gösterir. Şirketin gelecekte düzenli satın almalar yapacağı veya bunlardan kesin kazanç sağlayacağı anlamına gelmez.

Ekso’nun giyilebilir robot deneyimi, gelecekte yumuşak robotik yöntemlerini incelemesine uygun olabilir. Ancak burada şirketin Rice’ın köpük teknolojisini benimseyeceğine dair bir açıklama bulunmamaktadır.

2. Soft Robotics

Soft Robotics halka açık olmayan bir şirkettir. ABB’nin 2018 tarihli yazısı, ABB Technology Ventures ile ortaklığı ve yumuşak robot tutucularındaki çalışmaları anlatır. Bu tarih, ortaklığın mutlaka 2018’de başladığını göstermez.

Soft Robotics’in mGripAI sistemi, gıda işleme için yumuşak tutucuları üç boyutlu görüntüleme ve yapay zekâ ile birleştiriyordu. ABB’nin IRB 360 FlexPicker robotu bu tür sistemlerin entegrasyonuna örnek oluşturur; mGripAI yalnızca tek bir robot modelinden ibaret değildir.

Kaynak: Soft Robotics

Şirketin yumuşak tutuculardaki deneyimi, köpük içindeki akışkan kontrolü gibi yeni yaklaşımları araştırmak için temel sağlayabilir. Bu bir olasılıktır; teknolojiye ilişkin açıklanmış bir benimseme planı değildir.

Aşağıdaki videoda mGripAI sisteminin çalışmasını görebilirsiniz.

Yumuşak tutucuların önemli kullanım alanlarından biri, özellikle gıda ürünlerinin hassas biçimde taşındığı endüstriyel süreçlerdir.

Yapay zekâ, makine görüşü, enerji depolama ve yumuşak robotikteki ilerlemeler; bakım, mağazacılık ve temizlik gibi işlerde insanlara yardımcı olan sistemleri destekleyebilir. Bu görevlerin neredeyse tamamının bugün yalnızca insan emeğine dayandığı veya tamamen otomatikleşeceği sonucu çıkarılamaz.