Doğadan esinlenilerek yaratılan robot tasarımları serimizin dördüncü ayağı şerefine dört bacaklı (quadruped) robotlara göz atıyoruz. Yürüyen memeli türünün neredeyse tamamının dört bacağını kullanmasında bir keramet olmasından öykünerek yapılmış robotları inceleyeceğiz.
Atlardan köpeklere, kedilerden fillere kadar tüm memeliler aynı temel vücut öğelerine sahiptirler: Kafa, omurga, bacaklar ve ayaklar. Ayakları saymazsak, ön ve arka bacak takımları birbirlerinin neredeyse aynısı, fakat ayna görüntüsü gibidirler ve tüm vücudun ağırlığını taşıyabilecek şekilde evrilmişlerdir (Şekil 1). Bu formasyonun getirdiği iki önemli avantaj vardır: 1) Hayvan rahatça bacaklarını kırarak vücudunun altına alabilir. Böylece soğukta ısısını koruyabilir ve uykusu sırasında diğer hayvanların bacaklarına saldırmalarını engelleyebilir. 2) Bacaklarını makas gibi kırarak yere serilirken veya ayağa kalkarken, vücudunun ağırlık merkezinin her zaman ayakların üzerinde kalmasını sağlar.
Memelilerin bacak anatomileri arasında da fark vardır. Özellikle hızlı olmak için uygun anatomiye sahip hayvanların (örn: at ve köpekler) bacaklarının alt kısımları daha uzunken, esas bacak kaslarının gövdeye yakın bölgede yoğunlaştıkları söylenebilir (Şekil 2). Bu da daha büyük adımlar ve daha yüksek hızda koşmak demektir. Buna karşın, pati ve ayakları daha az beceri ve hüner gösterebilecekleri bir tasarıma sahiptir. Köpekler birşeyleri itelemek, çekiştirmek, kazmak ve yürümek dışında patilerini başka bir amaç için kullanamazlar. Ayrıca köpekler veya atlar nesneleri kavrayamazlar.
Kediler familyasına (aslan, leopar vs.) gelecek olursak bunların hız, güç ve oldukça yüksek bir ivmeye sahip olduklarını biliyoruz. Köpek ve atlara kıyasla alt bacak bölgeleri daha kısa ve daha kaslıdır (Şekil 3). Zebra gibi 65 km/saat hızla koşan ve 200 kilo çeken avlarına kıyasla, daha yavaş (50 km/ saat), daha hafif (100 kg) ve dayanıklılıkları daha az olsa bile, güçlü bacak kasları onlara öyle bir ivmelenme verir ki, avları daha azami hızlarına çıkamadan kedigillerin patilerinde can verirler (Şekil 4).
Kedilerin bir diğer avantajları ise, patilerinin objeleri kavrayıp tutmalarına izin vermesidir. Köpek ve atlara kıyasla, bilek eklemleri patilerini istedikleri yöne özgürce döndürmelerine izin verir. Kendilerini tımar etme, kavrama, büyük objelere sarılma, avlarına pati atma, ve tırnaklarını etkin bir şekilde kullanma gibi faydalar sağlar. Sıradan bir ev kedisi bile tırmanma ve çeviklik yeteneklerinde köpekleri solda sıfır bırakır. Bu yazımızda aynı şirket tarafından her üç hayvana da öykünerek tasarlanmış üç farklı robotu inceleyeceğiz.
Cheetah
Boston Dynamics’in Amerikan Savunma Bakanlığı İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) ile ortak yürüttüğü proje çerçevesinde 30km/saat hızla koşturmayı başardıkları Cheetah (Çita) robotu, bacaklı robotlar (legged robot) arasında hız rekorunu kırdı. Biyomimetik (canlı-taklitçilik) kullanılarak hazırlanan bu robotun tasarımı için gerçek çitaların anatomisi ve koşma dinamikleri robota aktarılmış. Cheetah oynak bir omurgaya sahip, gelecekte de eklemli kafa ve boyuna sahip olacakmış (Şekil 5). Sıradan dört bacaklı robotlarda gördüğümüz sadece bacakların mekanik hareketliliğine dayalı yürüyüşü bir seviye daha geliştirerek, aynı hayvanların yaptığı gibi, her adımda sırtını da oynatacak şekilde hareketi tüm vücuda yayma prensibine dayalı bir tasarıma sahip. Aşağıdaki videoda bu davranışı gözlemleyebilirsiniz:
Amaçlarının Cheetah’nın açık alanda daha hızlı koşması olduğunu söyleyen ekip lideri Alfred Rizzi, öncelikli olarak kapalı alan testleri yapmaya devam edeceklerini söylüyor [1]. Hatta bunun için saatte 80 kilometre hızla dönen bir yürüyen bant tasarlamışlar (haliyle bu yürüyen bandı bir spor mağazasından satın alamıyorsunuz). Not düşmek gerekirse, 80km/saat bir çitanın şu ana kadar ölçülmüş en yüksek hızı olan 110 km/saatten biraz yavaş. Ancak hedefledikleri hız bile gerçek aslan ve ceylanları geçmek için yeterli. Üstelik gerçek hayvanlar yorulurken, robotun dayanıklılığı ve sürekliliği teorik olarak kalan benzini ile doğru orantılı.
Projenin para destekçisi konumundaki DARPA’nın açıklaması, şu anda bu araştırmanın temel araştırma niteliğinde olduğu yönünde, ancak ileride askeri uygulamalarını görmek bizi şaşırtmayacaktır.
Absolut Vodka’nın hazırladığı ve gelecek köpek yarışlarının nasıl olacağını resmettiği aşağıdaki video, sanki bugünün robotik araştırmalarının geleceğe izdüşümünü yansıtıyor:
BigDog
Cheetah’dan önce Boston Dynamics’in sükse yapmasını sağlayan proje DARPA tarafından desteklenen BigDog idi. Köpekten ve dağ keçilerinden esinlenilerek tasarlanan bu robotun temel amacı askerlerin sırt çantalarını hafifletmek. Tekmeleseniz, ittirseniz, ve zorlu (taşlı, karlı, kaygan) yüzeylerde yürüse bile dört bacaklı yapısı sayesinde sendelemesine karşılık tekrar dengesini kazanıp düşmemeyi başarabiliyor. Üstelik 35 derece eğime kadar tırmanma yetisine ve 150 kilograma kadar taşıma kapasitesine sahip [2]. Aşağıda viral haline gelmiş videoyu keyifle izleyebilirsiniz (tabii eğer hala seyretmediyseniz). Ancak öncesinde sesi kısmanızı öneriyorum, çünkü arı saldırısına uğramışcasına yüksek sesli ve rahatsız edici bir motor gürültüsü duyacaksınız:
BigDog saatte 10 kilometre hızla koşabiliyor, ancak koşarken denge problemleri yaşıyor. Henüz BigDog yerden kendi başına da kalkmayı beceremiyor. Gelecek nesillerinde bu robotların bel veya omuz eklemlerinin de olması planlanıyor. Bu sayede robot bacaklarını vücudunun altına alabilecek. Üzerinde çalıştıkları elektrik motoru ise sadece 10 dakika dayanabiliyor ve ne yazık ki sağladığı güç BigDog’un gerçek benzin motorundan daha az. Hibrit bir sistem ile, elektrik ve benzin motoru arasında geçiş yaparak sessizlik ve operasyon süresi arasında takas yapılabilecek. Lazer sensörleri ile çalışan LIDAR sistemi kullanılarak önündeki insanı takip edebilen bu robot tarafından takip edildiğinizi düşünsenize; insanın korkudan tüyleri ürperiyor. Aşağıdaki videoda, BigDog’un geçirdiği test evrelerini seyredebilirsiniz:
Alphadog
BigDog ne kadar havalı olsa da, sınırlı ağırlık taşıyabilme kapasitesi, yürüme mesafesi ve çıkardığı korkunç gürültü onun gerçek askeri uygulamalarda kullanılmasını olanaksız kılıyor. Bu sebeple Boston Dynamics’in Eylül 2011’de tanıttığı yeni robotu AlphaDog, BigDog’un hem hormonlusu, hem sessizi. AlphaDog şu haliyle bir katırı andırıyor (Şekil 6). Amacı BigDog gibi askerlerin alet edevatlarını taşıması. Yinelemek gerekirse, en önemli özelliği BigDog kadar gürültü yapmaması. Bu yüzden düşman mevzilerinde daha az farkedilebilir olma yolunda bir adım atılmış. Hemen videoyu seyredelim, arkasından robotun şaşırtıcı özelliklerine geçeceğiz:
Zorlu yüzeylerde yürüyebilen bu robot yaklaşık 180 kilogram taşıma kapasitesine sahip ve 32 kilometrelik bir rotayı 24 saat gidebilecek kadar benzin taşıyor [3]. Bir sürücüye sahip değil, çünkü önündeki askeri görme ve onu takip etme becerisine sahip. Ayrıca hedeflenen noktalaya GPS ve yakın mesafe sensörleri sayesinde ilerleyebiliyor. 30 ayda tamamlanan bu robot 32 milyon dolara mal olmuş durumda. Eğer küçük bir birlikteki her bir askerin sırtından 23 kilogram yük azaltsa, savaş yaralanmalarını ve yorulmaları azaltacağını ve askerlerin savaş etkinliğini arttıracağını söylemek yanlış olmaz.
Düşse bile kendi başına kalkma özelliğine sahip bir robot olsa da, bu koşma gösterisi sırasında iki insanın robotu itip kakmalarının AlphaDog’u hiç etkilemediğini görüyorsunuz. Robot etiğine ihtiyaç duymaya başladığımız günler yaklaşıyor mu dersiniz?
Kaynaklar: