Views
1 year ago

OCAK - MART 2017 SAYI 75

YpB6sb

Şekil 2: Origamiden

Şekil 2: Origamiden yararlanarak geliştirilmiş pop-up MEMS üretim süreci [2] . (Fotoğraflar Harvard Mikrorobotik Laboratuvarı’nın izni ile kullanılmıştır). boratuvarı’nın kurucu ve yöneticisi Prof. Robert J. Wood’un önderliğinde, ben ve arkadaşlarım, robotik teknolojileri günlük hayatımızda kullanmak ve kullanımını arttırmak amacıyla geleceğe yönelik yenilikçi, daha kullanışlı, daha kolay üretilebilir ve daha ucuza mal edilebilen robotlar geliştirmek için araştırmalarda bulunuyoruz. Harvard Üniversitesi Mikrorobotik Laboratuvarı’ndaki çalışmalarımızda ilham aldığımız iki temel alan bulunuyor. Birincisi, içinde yasadığımız doğa, çünkü robotlarla gerçekleştirmek istediğimiz birçok farklı işlev için muhtemelen bir biyolojik analog bulmak mümkün. Dolayısıyla doğadaki mekanizmaların çalışma prensiplerini anlamak ve onları mühendislik sistemlerinde somutlaştırmaya çalışmak için biyologlarla birlikte çalışıyoruz. İkincisi ise origami (kağıt katlama sanatı) ve açılır-kapanır (popup) öykü kitapları gibi geleneksel olmayan yerler… Bu yöntemler özellikle üretim teknolojilerini geliştirmek ve yeni malzemelerin kullanımını araştırmak için bize yol gösteriyor. Bu yazıda, laboratuvarımızda kullanılan yenilikçi üretim yöntemleri, malzemeler, eyleyiciler ve bunları kullanarak, biyomedikal uygulamalar, arama-kurtarma operasyonları, ya da tehlikeli çevre şartlarındaki işlemlerde kullanılmak üzere geliştirdiğimiz, robotlardan örneklere yer vereceğim. Bir arının uçuşunu izlediğimizde çok farklı ve karmaşık mühendislik sorularını sormaya başlayabiliriz. Örneğin, arının kanatları nasıl hareket ediyor? Bu kanatlar hava ve kanatların oluşturduğu hava hareketleri ile nasıl etkileşimde bulunuyor? Kanatları hareket ettiren torasik (göğüsteki) mekanizma nasıldır? Torasik mekanizmayı hareket ettirmek için kullanılan kaslar hangileridir? Kasları yönlendiren metabolik prosesler nelerdir? Uçuş modu nedir? Bu uçuş modunu sağlamak için arının kullandığı algılayıcılarını (sensörler), kontrol metodolojisi ve bunların arkasındaki nörobiyoloji nasıl çalışır? Bütün bu ilginç soruların tartışılarak araştırılması sonucunda, arıdan esinlenmiş RoboBee (Şekil 1) gibi robotik böceklerin üretimi mümkün hale gelmiştir. Doğadaki canlıların yaptığı hareketleri yapabilen mühendislik sistemlerini gerçekleştirebilmek için, bu canlıların hareketlerini izleyerek türettiğimiz yukarıdaki gibi soruların cevaplarını bulmamız gerekmektedir. Bu sistemlere yönelik en önemli sorulardan biri de nasıl ürettiğimiz ile ilgili olmaktadır. Geleneksel teknikleri kullanarak ve yüzlerce belki binlerce makina elemanını mikroskop altında birleştirerek arı kadar küçük boyutlu robotların üretimi mümkün değildir. Dolayısıyla bu karmaşık sistemlerin üretimi için alternatif çözümler bulunması gerekmiştir. Pop-up, yani iki boyutlu sayfalar açıldığında üç boyutlu yapıların ortaya çıktığı kitaplar, son derece karmaşık yapılar ve mekanizmalar kullanılarak, son derece vasıfsız, yani mühendislik bilgisi olmayan çocukların kullanması için tasarlanmıştır. Doğadaki böceklerden esinlenilmiş kü- Robotik bilimciler olarak bizler, robotların gerçek hayatın içinde her geçen gün daha fazla yer alması ve karşımıza çıkan güçlüklere çözüm bulmak için diğer alanlarda bilimsel faaliyetleri yürüten arkadaşlarımız ile koordineli olarak çalışıyoruz. Şekil 3: Harvard Ambulatory Micro Robot – hamam böceğinden esinlenmiş dörtayaklı otonom robot (üst sol) [3] . Kırkayaktan esinlenmiş farklı ayak sayılarına sahip robotlar (üst sağ) [4] . Su böceğinden esinlenmiş farklı bacak uzunluklarına sahip zıplayan robotlar ve su böcekleri (alt) [5] . (Fotoğraflar Harvard Mikrorobotik Laboratuvarı’nın izni ile kullanılmıştır). itü vakfı dergisi 37

İNSANLAŞAN MAKİNALAR - YAPAY ZEKÂ Şekil 4: Kendi kendine katlanan robotun üç aşaması. Robot ilk olarak tamamen düz bir durumda bulunuyor. Piller robot üzerindeki devreye takıldıktan 10 saniye sonra katlanmaya başlıyor ve 270 saniyede bütün katlama bitip robot rijid bir duruma geliyor [6] . (Fotoğraflar Harvard Mikrorobotik Laboratuvarı’nın izni ile kullanılmıştır). çük boyutlu robotların üretiminde de, işte bu kitaplarda kullanılan tekniklere benzeyen, origamiden yararlanarak geliştirilmiş yöntemler kullanmaktayız. Bu üretim yöntemlerini çözümleyen mühendislik sistemlerine literatürde “pop-up kitap mikro-elekro-mekanik sistemler (MEMS)” adı verilmektedir. Pop-up MEMS’i üretmek için öncelikle akıllı kompozit (bileşim) yapılar oluşturulmaktadır. Bu kompozit yapılar, rijid, yapışkan ve elastik olmak üzere üç temel malzemeden oluşmaktadır. Örneğin basit bir menteşeyi Şekil 2’de gösterildiği gibi, rijid, yapışkan, elastik, yapışkan ve rijid levha malzeme katmanlarını kullanarak bir kompozit levha üretmek mümkündür. Öncelikle bu yapıların tasarımı için ticari bilgisayar destekli çizim ve tasarım yazılımlarının yanı sıra, Harvard Üniversitesi Mikrorobotik Laboratuvarı’nda geliştirilmiş açık kaynak kodlu “popupCAD” yazılımından yararlanılmaktadır. Bu yazılımlarla ana mekanizmanın tasarımı yapılırken, yapıyı çevreleyen ve sadece bir itme ile montaja olanak veren iskele ya da destek yapı da tasarlanmaktadır. Tasarımın sonucunda oluşturulan kesim dosyaları ile farklı levha malzemeler lazer kesim tezgâhlarında kesilmekte, ve daha sonra bilesim sırasına göre levhalar üst üste hizalanmaktadır. Kullanılan malzemelerin çeşidine göre farklı ısıl ya da sıkıştırma işlemleri uygulanarak yapışkan malzemelerin aktive olması ile levha malzemeler kompozit yapı haline getirilmektedir. Son olarak akıllı kompozit yapıya hafif bir itme uygulanarak ana mekanizma ortaya çıkarılmakta, gereken yerlere de sabitleme işlemi yapılmaktadır. Pop-up MEMS cihazların mekanizmaları, levha malzemelerin katlanarak farklı menteşelerin ve üç boyutlu yapısal elemanların oluşturulmasıyla yapıldığı için, hesaplamalı origami bilimi ile ilgilenen araştırmacılar tarafından da yoğun ilgi görmektedir. Yapılan araştırmalar sonucunda, aklımıza gelen, geometrik olarak son derece karmaşık yapıların bile bu yöntemle üretilebileceği ispatlanmıştır. Bu teknikle, tamamen keyfi olarak çok karmaşık yapıları, istediğimiz malzeme kombinasyonları ile (metaller, polimerler, seramikler, kompozitler, vs.), oldukça hızlı bir şekilde üretebilmekteyiz. Şekil 3’te görülen kırkayaktan esinlenmiş çok ayaklı robot, hamamböceğinden esinlenmiş, gövde uzunluğu ile oranlandığında Usain Bolt’tan iki kat daha hızlı giden dört ayaklı Harvard Ambulatory Micro Robot (HAMR), su böceğinden esinlenmiş suda zıplayan robot (waterstrider), bu yöntemle üretilmiş böcek robotlara Üretim ve deneyler esnasında ortaya çıkardığımız ve geliştirdiğimiz teknik ve beceriler sayesinde RoboBee, hem havada hem suda hareket etmekte, manevra yapmakta ve elektrostatik yapışma ile farklı yüzeylere konabilmektedir. örnek olarak gösterilebilir. Bu robotların üretiminden sonraki aşamada ise, robotların farklı koşullardaki hareket kabiliyetleri hakkında bilgi edinmek için, örneğin akışkan -yapı etkileşimi gibi, deneyler yapmakta, ve öğrendiğimiz bilgiler doğrultusunda tasarımlarımızı geliştirmekteyiz. Üretim ve deneyler esnasında ortaya çıkardığımız ve geliştirdiğimiz teknik ve beceriler sayesinde RoboBee, hem havada hem suda hareket etmekte, manevra yapmakta ve elektrostatik yapışma ile farklı yüzeylere konabilmektedir (Şekil 3). Origamiden esinlenen akıllı kompozit yapıların üretiminde kullanılan malzemelerin farklılaştırılması ile kendi kendine katlanan yapılar da oluşturulabilir. Akıllı kompozit yapılar oluşturulurken, ısı ile etkin hale getirilen biçim bellekli alaşım levhaları ve direnç devreli esnek baskılı devre kartları (PCB) kullanılarak üretim yapılmakta ve daha sonra dirençlere akım uygulanıp ısıtılarak biçim bellekli alaşımların daralarak şekil değiştirmesi sağlanmaktadır. Bu kalıcı şekil değişimi kompozit yapıdaki kesimlerin nerede ve nasıl olduğuna bağlı olarak 120 dereceye kadar bükülme sağlayabilmektedir. Kompozit yapılar üç boyutlu şekillerini aldıktan sonra üzerlerine eyleyiciler (motor), pil ve algılayıcılar yerleştirilerek işlevsel robotlar haline getirilmektedir. Şekil 4’te bir örneği görünen robotların kendi kendine katlanabilme özellikleri sayesinde, üretim sırasında oluşan hatalar en aza inmekte ve üretim süresi önemli ölçüde azalmaktadır. Farklı malzemelerin farklı tekniklerle kullanıldığı bir diğer önemli robotik dalı da yumuşak dokulu robotik sistemlerdir. Harvard Üniversitesi Mikrorobotik Labo- 38 itü vakfı dergisi

MEDYATABLET 2017 MART
MEDYATABLET 2017 OCAK
Kobilife Mart 2018
OCAK 2017