Doğanın zarafetinden ilham alan robot bilimciler; yılanların, semenderlerin, solucanların ve benzeri canlıların robotik böcek benzerlerini yaratma hayaliyle onlarca yıldır ter döküyor.
Bu yolda kayda değer adımlar atılsa da, ortaya çıkan robotik böcekler, yılanlar ve türevleri genellikle afetzede kurtarma gibi özel alanlarda karşımıza çıkıyor; özgün hareket kabiliyetlerine rağmen henüz net bir pratik uygulama bulamamış bu sistemler için bir nevi “teknoloji vitrini” işlevi görüyorlar.
“Ground Control Robotics” Robotik Böcek ile Sahneye Çıkıyor!
Bu alanda öncü bir isim olan Georgia Teknoloji Enstitüsü’nden Dan Goldman, biyolojik sistemlerden esinlenen robotik hareket mekanizmaları üzerine uzun yıllardır derinlemesine çalışmalar yürütüyor.
Goldman’ın Atlanta merkezli yeni ve heyecan verici girişimi Ground Control Robotics, devasa robotik eklembacaklıları tarımsal ürün yönetiminin hizmetine sunma gibi iddialı bir vizyonla sektöre adım atıyor.
Peki, bu teknolojik harikayı nasıl adlandırmalı? Belki de “robotik dev kırkayak” en akılda kalıcı tanım olacaktır. Ancak Goldman, geliştirdikleri robotları yalnızca biyoilhamlı olarak değil, yaşayan sistemlerin “robofiziksel” modelleri olarak görmeyi tercih ediyor.
“Hayvanları büyük bir titizlikle inceleme düşüncesi beni her zaman cezbetmiştir,” diyor Goldman. “Bu modelleri, biyolojik prensipleri sınamak, onlarla yeni fenomenler keşfetmek ve edindiğimiz bu derinlemesine bilgileri laboratuvar ortamının zorlu koşullarının ötesine taşıyabilecek dayanıklı (hardened) robotlara aktarmak için bir mihenk taşı olarak kullanıyoruz.”
Kırkayak Robotların Anatomisi ve Hareket Prensibi
Bu robotik sistemler, ilk bakışta sanılabileceğinin aksine, karmaşık bir yapıya sahip değiller. Tasarımlarının temelinde şunlar yatıyor:
- İçerisinde çeşitli sensörler barındıran bir baş kısmı.
- Bu baş kısmına kablolarla bağlı, her biri bacak tahrikini (actuation) sağlamak üzere birkaç motor içeren bir dizi özdeş segment.
- Kendisinden daha yüksek engellerin üzerinden tırmanmasına yardımcı olan kıvrak, anten benzeri yapılar.
Teorik olarak bu yapı, çok sayıda serbestlik derecesi (degrees of freedom) anlamına gelse de, ustaca tasarlanmış basit kontrol teknikleriyle dahi hayranlık uyandıran bir performans sergileyebiliyorlar.
Goldman, bu robotların hareket prensibini şöyle açıklıyor:
“Kırkayak robotlar; tıpkı yılan robotlar gibi, esasen birer yüzücüdür.”
Temel fark ise, bacakların eklenmesinin, bu “yüzen” robotların hareket edebileceği ortam çeşitliliğini çarpıcı biçimde genişletmesi. Bacakların hassas bir zamanlamayla ve doğru bir örüntüyle kaldırılıp indirilmesi, akışkanı andıran bir itki kuvveti üretiyor. Bu kuvvet, robotun ilerlerken daha fazla yüzeyden destek almasını sağlayarak hareketini daha tutarlı ve güvenilir kılıyor.
“Aktüasyonu robotun merkez hattından alıp, ileri geri hareket eden kablolar vasıtasıyla yanlara taşıyan yeni bir mekanizma geliştirdik,” diye devam ediyor Goldman. “Ayarları doğru bir şekilde optimize ettiğinizde, robot katı bir yapıdan tek yönlü uyumlu, yani esnek bir yapıya evriliyor. Ve bunu başardığınızda, adeta sihirli bir durumla karşılaşıyorsunuz: Bu mekanizma, karmaşıklık seviyesi ne olursa olsun her türlü ortamda, kayda değer bir işlemci gücüne ihtiyaç duymadan akarcasına ilerleyebiliyor.”
Tarımda Robotik Kırkayakların Kullanım Alanları
Bu özel robotların asıl sahnesi, tarım arazilerinin zorlu ve karmaşık koşulları. Hedefleri, tarlalarda algılama ve yabani ot kontrolü gibi kritik görevleri üstlenmek. Ancak burada, düzgün sıralar halinde ekilmiş mahsullerin bulunduğu, kolayca yönetilebilen arazilerden bahsetmiyoruz. Bu tür geleneksel tarım alanları, büyük ölçekli otomasyona zaten oldukça açık ve bu pazarda pek çok robotik firması rekabet ediyor.
Ground Control Robotics = GCR
GCR’nin odak noktası ise farklı:
- Bitkinin kendisinin kalıcı olduğu ve her yıl üzerinden ürün hasat edilen çok yıllık bitkiler. Bu tür bitkilerin yönetimi genellikle çok daha meşakkatlidir.
- Özellikle çok dik ve çoğunlukla kayalık yamaçlarda yetişebilen şaraplık üzümler gibi mahsuller, bu robotlar için ideal bir çalışma ortamı sunuyor.
Aşağıdaki makale ilginizi çekebilir:
İşte bu tür zorlu ortamlar, GCR’nin robotları için benzersiz bir fırsat anlamına geliyor ve bu teknolojiyi akademik bir merak objesi olmaktan çıkarıp, eşsiz bir ticari potansiyele sahip pratik bir çözüme dönüştürüyor.
Goldman, araştırma dünyasındaki genel bir eğilime dikkat çekiyor:
“Robotik araştırmacıları, robotları genellikle bir teori veya prensibin tek seferlik gösterimleri olarak ele alma eğilimindedir. Mekanizmayı bir şekilde çalıştırır, Uluslararası Robotik ve Otomasyon Konferansı (ICRA) gibi prestijli bir platformda sunar ve ardından bir sonraki konuya odaklanırsınız.”
Ancak GCR’nin yaklaşımı farklı olmak zorundaydı:
“Biz, geliştirdiğimiz robotlar aynı zamanda deneysel fizik araçları olduğu için, en başından itibaren sağlamlık ve dayanıklılık prensiplerini tasarıma entegre etmek zorundaydık. İşte bu noktada, bu robotların sadece laboratuvar oyuncakları olmakla kalmayıp, asgari düzeyde geçerli bir ürüne dönüşebileceğini idrak etmeye başladık.”
Otomatik Çözümler ve Ekonomik Getiriler
GRC’nin saha analizlerine göre, günümüzde yaban mersini, çilek veya üzüm gibi dağınık, çalı formunda ya da sarmaşık benzeri bir yapıya sahip bitkilerin etrafındaki yabani otlarla mücadele için etkin ve yaygın bir otomatik çözüm bulunmuyor.
Bu durum, çiftçileri bitki sağlığını denetlemek ve istenmeyen otları elle temizlemek gibi hem zaman alıcı hem de maliyetli işler için insan gücüne bağımlı kılıyor.
Rakamlar çarpıcı:
- GCR’nin tahminlerine göre, Kaliforniya’daki yaban mersini yetiştiriciliğinde yabani ot kontrol maliyeti dönüm başına 300 ABD Doları veya daha üzerine çıkabiliyor.
- Çileklerde ise bu rakam bazen dönüm başına 1.000 ABD Dolarını dahi aşabiliyor.
Bu işler, yalnızca ekonomik bir yük değil; aynı zamanda keyif vermeyen, yorucu uğraşlar ve bu işleri yapmaya istekli insan kaynağı bulmak da her geçen gün zorlaşıyor. Özellikle pestisit (tarım ilacı) kullanımından kaçınan, organik veya sürdürülebilir tarım yapan çiftçiler için mevcut seçenekler oldukça sınırlı.
İşte GCR, geliştirdiği robotik kırkayakların tam da bu niş pazarı (niche market) hedefleyerek önemli bir boşluğu doldurabileceğine ve çiftçilere yeni bir soluk getirebileceğine inanıyor.
Neden Kırkayak Robotlar?
Peki, günümüzde oldukça ileri bir seviyeye ulaşmış olan dört ayaklı robotlar ya da daha basit bir çözüm olarak tekerlekli bir robot bu işler için neden ideal değil? Bu, son derece yerinde bir soru.
Goldman, bu tercihin arkasındaki temel nedenleri şöyle açıklıyor:
“Robotu mahsullere mümkün olan en yakın mesafeye ulaştırmak istiyoruz. Ve daha büyük, hantal bir makinenin bu hassas tarım alanlarına, değerli mahsullere zarar vermesini kesinlikle arzu etmiyoruz.”
Bu durum, bizi doğrudan “engel yığını” olarak bilinen bir ikileme götürüyor:
- Çevresindeki engelleri (küçük taşlar, bitki artıkları, düzensiz zemin vb.) göz ardı edebilecek kadar büyük bir robot, kaçınılmaz olarak mahsullere zarar verme riski taşır.
- Mahsullere zarar vermeyecek kadar küçük boyutlu bir robot ise, karmaşık arazi koşullarında bir kontrol kabusuna dönüşebilir; her küçük engel, onun için büyük bir zorluk teşkil eder.
Robotun karşılaştığı engellerin büyük bir çoğunluğunun kendisiyle benzer ölçekte olması, kontrol algoritmalarının geliştirilmesini ve uygulanmasını olağanüstü derecede zorlaştırır.
“Zeminin tepki kuvvetlerini öngörmek neredeyse olanaksızdır,” diye devam ediyor Goldman. Bu da robotun hareket rejiminin büyük ölçüde çevresel gürültü, yani öngörülemeyen dış etkenler tarafından domine edildiği anlamına gelir.
Bu karmaşıklıkla başa çıkmak için bir yaklaşım, tüm bu gürültüyü ve sonuçta ortaya çıkan dinamikleri matematiksel olarak modellemeye çalışmak ve buna uygun sofistike bir kontrol politikası uygulamak olabilirdi.
Ancak, çok daha zarif, etkili ve basit bir strateji daha var: daha fazla bacak!
Goldman, bu stratejinin gücünü şu sözlerle vurguluyor:
“Eğer çok sayıda bacağa sahipsek, hiçbir algılama (sensing) yapmadan dahi güvenilir ve stabil bir hareket üretmek mümkündür.”
Sürü Halindeki Robotlar
Bu özel robot tasarımının en büyük avantajlarından biri, daha fazla bacak eklemenin oldukça kolay ve modüler bir işlem olmasıdır. Bu esneklik, bu tür bir hareket kabiliyetinin, örneğin dört ayaklı robotlar gibi daha karmaşık ve maliyetli sistemlere kıyasla sunduğu önemli bir artıdır.
GCR’nin geliştirdiği her bir robotun maliyetinin, muhtemelen ilk tahminlerinizden çok daha erişilebilir olması bekleniyor. Büyük bir olasılıkla bin dolarlık bir fiyat aralığında konumlanacaktır.
Bunun temel nedenleri ise şunlar:
- Bacak modüllerinin kendisinin nispeten ucuz olması.
- Sistemin zekasının büyük ölçüde sensör tabanlı veya yoğun hesaplama gerektiren yapay zeka algoritmalarından ziyade, akıllıca tasarlanmış mekanik zekaya (mechanical intelligence) dayanması.
Temel konsept, bu robotlardan oluşan merkezi olmayan bir sürünün tarlalarda 7 gün 24 saat esasına göre otonom bir şekilde çalışmasıdır. Bu sürünün görevleri ise aşamalı olarak genişleyecektir:
- Keşif ve Gözlem: İlk aşamada robotlar, tarlaları dolaşarak veri toplayacak, bitki sağlığını izleyecek ve sorunlu bölgeleri tespit edecekler (ki bu bile kendi başına önemli bir katma değerdir).
- Fiziksel Müdahale: Nihai hedef ise, devasa robotik kırkayak çeneleriyle (hatta gelecekte belki de hassas lazer teknolojisiyle!) yabani otları fiziksel olarak söküp atarak, diğer tüm mevcut seçeneklerden daha düşük bir maliyetle bu soruna kökten çözüm getirmektir.
Pilot Projeler ve Gelecek Vizyonu
Ground Control Robotics, vizyonunu gerçeğe dönüştürmek için somut adımlar atıyor. Şirket, halihazırda robotların hareket kabiliyetlerini ve algılama yeteneklerini önümüzdeki birkaç ay içerisinde daha da geliştirmek ve iyileştirmek amacıyla Georgia eyaletindeki bir yaban mersini çiftçisi ve bir bağ sahibi ile ortaklaşa pilot projeler yürütüyor. Bu sahadaki testler, teknolojinin gerçek dünya koşullarında ne kadar etkili olacağını gösterecek.
Elbette, bu teknolojinin potansiyeli tarım sektörüyle sınırlı değil:
- Gelecekte afet yardımında (bu kez gerçekten de pratik ve hayat kurtaran bir çözüm olarak) kullanılması,
- Hatta belki de askeri uygulamalarda keşif ve gözlem görevleri üstlenmesi gibi farklı alanlara doğru genişlemesi de olasılıklar dahilinde.
- Haber Kaynağı: spectrum.ieee
RASTGELE TEKNİK İÇERİK İÇİN TIKLAYIN!
İlginizi Çekebilecek Teknik Hesaplar
Kompanzasyon Hesabı
Aydınlatma Hesabı
Yüksek Gerilim İşletme Sorumluluğu Ücreti Hesabı
