Katalog

Robotik Yeni robot teknolojisi: Neredeyse insan Bizim gibi konuşabilecek, yürüyecek ve nesneleri tutabilecek yeni robotlar üzerindeki çalışmalar emin adımlarla ilerliyor. Şimdiden 1.5 milyon Roomba temizlik robotu evlerimizi temizlerken, çeşitli uzay robotları Mars’ın yüzeyini keşfetmeye çalışıyor. Ancak bütün bunlar, insana benzer robot üretiminin hedef alındığı robot teknolojisinde henüz emekleme aşamasında olduğumuzu gösteriyor. Robot tasarımcılarının amacı, robotları laboratuvarların kontrollü ortamlarının dışına çıkartıp, belirsiz ve karmaşık koşulların hüküm sürdüğü ortamlarda insanlarla etkileşim kurmalarını sağlamak. Bu robotların bize benzeyebilmeleri için gittiğimiz yerlere gitmesi, çevrelerindeki nesneleri kullanabilmeleri ve insanlarla iletişim kurabilmeleri gerekiyor. Kısaca, robotların insan özellikleri kazanması için çalışılıyor. nsana benzeyen robot üretimi, bugünkü robot teknolojisi göz önüne alındığında tasarımcıları ürkütüyor, çünkü doğal bir şekilde elini, ayağını kullanan, insana benzer şekilde konuşan robotları geliştirmek, çok karmaşık bir mekanizma ve çok hassas bir denetim gerektirir. Hondanın insansı robotu Asimo, merdiven inip çıkabiliyor, kahve tutabiliyor ve konukları selamlayabiliyor. Ancak tutuk ve ağır adımlarla yürüyebiliyor; yaptığı işlerin çok da yararlı olduğu söylenemez. Kaldı ki, yaptığı işlerin tümünün önceden programlanması gerekiyor, çünkü kendi başına, bağımsız bir şekilde hareket etme yeteneğine sahip değil. Bu şekilde zekâ gerektirmeyen, önceden programlanmış işleri yapabilen robot oyuncaklar, insanların gözünde robotların dediğimiz için ayaklarımızı yerden kesebiliyoruz. Ancak oyuncak üreticilerinin gözlemleri, insan yürüyüşünü yeniden yaratmak isteyen mühendisler için çok önemli bir yol gösterici oldu. Son günlere kadar robot tasarımcıları, robotların bacaklarını çok sayıda motor ve daha sıkı kontrol cikazlarıyla donatıp eklemlerin hareketlerini yönlendirmeye çalışıyorlardı. Bu yaklaşım Honda’nın ürettiği Asimo gibi makinelerin doğmasına yol açtı. Bunlar birer mühendislik harikaları olsalar dahi, insanların yürüyüşüne hiç benzemeyen bir tempo ve şekilde yürüyorlar. WALKİE’NİN ÖĞRETTİKLERİ Walkie’nin bize gösterdiği şuydu: Doğal yürüyüşün gizi, yerçekiminin insan vücudunu etkileyiş şeklinde yatar. Böylece bacak hareketlerinin hassas motorlarla kontrol edilmeyeceği, çünkü bacakların serbest mafsallarla vücuda bağlı olduğu ortaya çıktı. Başka bir deyişle yürümek aktif değil, pasif bir eylemdir. "Oyuncak tasarımcılarının el yordamıyla edindikleri bilgileri giderek daha fazla takdir ediyorum" diye konuşan New York, Ithaca’daki Cornell Üniversitesi’nden yürüyen robot uzmanı Andy Ruina, "Bana kalırsa oyuncak üreticileri daha fazla övgüyü hak ediyor" diyor. Harvard ÜniversiteYürüyen oyuncaklardan esinlenen robot tasarımcıları, iki bacaklı robotlara insan si’nden biyomekanik konusunda uzman Thomas McMalarınki gibi yürüme becerisi kazandırmaya çalışıyor. Yerçekimi kuvvetine bağlı hon, Walkie’yi ilk kez laboraolarak çalışan pasif yürüyüşlü robotlar, gücünü eklemlerine yerleştirilen motorlar tuvara sokan bilim adamıdan alan aktif yürüyüşlü robotlara göre daha doğal bir görünüm vermekle birlikte, dır.1980’lı yılların başlarında McMahon ve öğrencisi Si pürüzlü yüzeylerde dengelerini koruyamıyorlar. mon Mochon bacakların bir sarkaç gibi hareket ettiği terüyordu. Daha sonra Walkie’den esinleneürüyen robotları her yerde görmek zini ortaya attılar. Bunlara göre bacak, vürek çok sayıda oyuncak geliştirildi. Hatta mümkün. Star Wars’daki Imperial Walcudun ağırlığı ile yerle temas kuruncaya kabunların örneklerine bugün bile rastlanıker’lardan Gezegenler Çarpışıyor’daki dar yerçekiminin etkisiyle serbest bir şekilyor. Walkie’nin en önemli özelliği yürüüç bacaklı uzaylılara dek yürüyen robotlar de veya "balistik bir şekilde" sallanır. mek için pillere veya saatlerin içindeki giher zaman insanoğlunun ilgisini çekmiştir. Dahası, vücut hareket halindeyken bi zembereklere ihtiyaç duymamasıdır, Bunun nedeni "canlıysa, yürüyebilir" önyaradım atmanın herhangi bir enerjiye ihtiyaç çünkü yerçekimi bacak hareketleri için yegısından kaynaklanıyor olabilir. Belki de neduymadığını fark ettiler. İngiltere’deki Leeds terli kuvveti sağlıyor. den, iki bacaklı makinelerin insana daha çok Üniversitesi’nden hareket uzmanı McNeill Biz insanlar Walkie gibi paytak paybenzemesidir. Neden ne olursa olsun, onlarAlexander, "Sallanırken, niçin bu kadar az tak yürümeyiz, çünkü dizlerimizi bükebilca yıldır mühendisler robotları yürütmek için bacak kası faaliyetine ihtiyaç duyduğumuz uğraşıyor. Robotları insan yürüyüşüne benanlaşılıyor" diye konuşuzer şekilde yürütmek, bilimin üstesinden gelyor. mekte zorlandığı konuların başında geliyor. McMahon’un baBugüne dek robotları insan gibi yürütlistik yürüyüş fikrinden mek olanaksız gibi görünüyordu. Ama artık etkilenen British Columbu sorun aşılmış gibi duruyor. Robotlar ayakbia’deki Simon Fraser ta ve yürüyor. Hatta koşuyor bile diyebiliriz. Üniversitesi’nden makiİlginç bir şekilde, bunun için oyuncak üretine mühendisi Tad cilerine minnettar olmamız gerekiyor. 1938 McGreer, pasif bir şekilyılında John Wilson adında Amerikalı bir mude yürüyen makinenin, cit "Wilson’ın Walkie’si" adı verilen bir oyunmotorların etkisi olmacak için patent başvurusunda bulundu. Waldan insan yürüyüşünün kie eğimli bir düzeyin üzerine konulduğu zatüm döngüsüne benzeTinkertoy Walker (solda) ve Wilson Walkie (sağda) yürüme beman, bir mil üzerine yerleştirilmiş iki ayak yip benzemeyeceğini mecerisine sahip robot tasarımcılarına esin kaynağı oldular. üzerinde paytak paytak, komik bir şekilde yüHonda’nın Asimo’su yakışıklı bir görünüme sahip olmakla birlikte kendi başına hareket etme becerisinden yoksun. İ Toyota’nın 120 cm uzunluğundaki yürüyen robotu aynı zamanda trompet de çalabiliyor. ğerini küçültüyor. Öyle ki Sony geçen hafta gereksiz harcama olarak değerlendirdiği bir robot eğlence programını iptal etti. Ancak bilgisayar teknolojisindeki son gelişmeler, kontrol yazılımlarında ve sensörlerde kaydedilen ilerlemeler, makinelerin hantal görünümlerinden kurtulmalarına ve insana benzer özellikler kazanmalarına yol açıyor. Yeni nesil robotlar, Toyota’nın trom pet çalan robotu gibi estetik bir görünüme sahip olmamakla birlikte, hareket, konuşma ve el becerisi gibi konularda bugünün oyuncak robotlarını gölgede bırakıyor. Bugün bilim adamları, geleceğin insana benzer robotlarını geliştirmeye yönelik çalışmalarını üç dalda sürdürüyor. Bunlar yürüme, konuşma ve el becerisidir. Ve yapay zekâ ile desteklendiği zaman bu robotlar, yalnızca yerleri temizlemek, bulaşıkları yıkamak veya çöpü dışarı çıkartmakla yetinmeyecek; çocuklarla oynacak, yaşlılara bakacak, uzayın erişilmesi güç bölgelerinde onarım yapacak veya Dünya’daki tehlikeli arama ve kurtarma çalışmalarına katılacak. Bu arada makinelerin kontrolü ele geçirmesi gibi pek çok insanı kaygılandıran bir senaryonun gerçekleşme olasılığı çok düşük. Vücutları ne kadar insana benzerse benzesin, robotların beyinleri bizimle karşılaştırılmayacak kadar yalın bir yapıya sahip olacak. Massachusetts Üniversitesi’nden robot navigasyonu konusunda uzman Oliver Brock, makinelere yalnızca bir görevi yerine getirmeleri için gerekli olan hareket planını yapma becerisinin kazandırıldığına dikkat çekiyor. Robotlar, kısaca yapamayacağımız veya yapmak istemediğimiz işleri yapacaklar ve daha çok uzun bir süre bize bağlı olarak çalışacaklar. Yürüyen robotlar Y rak etti. Hesaplamalarına göre böyle bir yürüyüş tarzı insan yürüyüşüne benzeyebiliyordu. Yalnızca diz eklemi, bacağın orta noktasının biraz üzerine yerleştirilmeliydi. Bu da insan bacağındaki dizin yerine denk geliyordu. 1990 yılında McGreer, yayımlanan birkaç önemli makalesinde, diz eklemli veya diz eklemsiz, pasif bir makinenin, insan yürüyüşüne benzer bir şekilde yokuş aşağı yürüyebildiğini gösteriyordu. Massachusetts Institute of Technology’nin ünlü bacak laboratuvarından robot tasarımcısı Marc Raibert, McGreer’in çalışmalarını Ruina’ya gösterdi. O andan sonra Ruina pasif yürüyen robotlar konusuna ağırlık vermeye başladı. 2001 yılında öğrenciler Steve Collins ve Martjin Wisse, basit bir şekilde çubuk ve menteşelerden üretilen iki ayaklı bir robotun yokuş aşağı nasıl indiğini araştırdı. Bu arada dengeyi sağlamak için hassas bir ölçüm ile kollar ve ayaklar da ilave edildi. . Wisse ve Collins’in iki ayaklı robotu McGreer’in fikrini destekler nitelikteydi. Ruina, "Bu yürüyen robotun en büyük avantajı basitliği ve düşük enerji ile yürümesiydi" diyor. McGreer’in fikirleri her geçen gün daha fazla taraftar topluyor. "Fikirlerin yerine oturması için 10 ile 15 yıl geçmesi gerekti" diye konuşan Ann Arbor’daki Michigan Üniversitesi’nden makine mühendisi Art Kuo, "Robot tasarımcıları ilk başta pasif yürümeyi robotlara uygulamanın çok kolay olduğunu düşünüyorlardı. Ancak geçen yıl üç farklı grup, pasif yürüme ilkelerine dayanan doğal yürüyüşü gerçekleştiren iki ayaklı robotları üretmeyi başardı" diyor (Science, vol 307, p 1082). botlarda, alt bacağın her birine yerleştirilen bir yay küçük bir motor tarafından esnetiliyor ve yay serbest bırakıldığı zaman bilek eklemini esnetiyor. (Bknz. şekil 1). CORNELL ROBOTU, DENİSE VE TODDLER Söz konusu üç ekip, ürettikleri robotları Şubat 2005’de Washington’da gerçekleştirilen Bilimsel İlerleme için Amerikan Birliği’nin toplantısında tanıttılar. Cornell’in yürüyen robotu bir metre uzunluğunda eklemli bacaklara, tek parça bir torsoya ve iki gözü olan dikdörtgen dilim şeklinde bir kafaya sahipti. Bu robot düz bir zemin üzerine konulduğu zaman, bilim kur cülüğündeki ekip tarafından geliştirildi. Toddler bu üç robotun içinde en küçüğü ve en hafifi. Yalnızca 2.8 kilogram ağırlığındaki ve 43 cm uzunluğundaki robot, mekanik açıdan diğerleri kadar gelişmemiş. Ancak diğerlerinden üstün olduğu yönü, pek çok değişkeni göz önünde bulundurarak yürümeyi "öğrenebilmesi". Üzerindeki bilgisayar, robotun bileklerine esneklik kazandıran elektrik motorlarına gönderilen kumanda sinyallerini ayarlıyor. Robot, halı veya seramik gibi birkaç farklı zeminde yürümeyi beceriyor. Bu üç robotun en ilgi çekici yönü insan gibi doğal bir biçimde yürümeleri. Ancak bazı bilim adamları pasif yürümenin sağlam bir robot için dezavantaj olacağını düşünüyor. "Pasif makineler yönünü doğru tayin edemez veya engellerle başa çıkamaz" diye konuşan Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Chris Atkeson, "Bunlar sürücüsü olmayan araba veya yokuş aşağı yuvarlanan bir tekerlek gibidir. Pürüzlü yüzeylerde bile yürüyemezler. Merdiven çıkmalarını veya ormanlık arazide yürümelerini hiç MIT’in “Toddler’i çok gelişmiş bir robot olmamakla birlikte beyni koşullara uygun olarak yürümeyi öğrenebiliyor. gu öykülerindeki robotların sarsak ve paytak yürüyüşlerinin aksine, insan yürüyüşüne çok benzer bir şekilde yürüyor. Enerji tüketimi açısından bunlar insanın yürürken harcadığı enerjiyi harcar. Ve bunlar Honda’nın Asimosu’ndan daha az enerji tüketir. Cornell robotunun Washington’daki toplantıda iki "dostu" daha vardı. Biri, Cornell robotunun ilk versiyonlarından esinlenerek Hollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi’nde geliştirilmişti. Delft ekibi robotlarına "Denise" adını verdiler. Bunun kendinden öncekilerinden farkı dizlerinin olmasıydı. Kalça bölgesindeki sıkıştırılmış hava aktüatörlerinden enerji alan Denise, Cornell robotu kadar az enerji harcamıyorsa da, paten amortisörlerinden yararlanarak geliştirilen ayak bileği tasarımı sayesinde, Cornell robotundan daha dengeliydi. Cornell robotu zemindeki en ufak bir pürüze takıldığı zaman dengesini kaybederken, Denise ayağını yere daha sağlam bastığı için bu tür sorunlar yaşamıyor. Yeni yürümeye başlayan çocuk anlamına gelen "Toddler" adındaki diğer robot, MIT’de robot uzmanı Russ Tedrake’in ön İKİ AYAK ÜZERİNDE PASİF YÜRÜYÜŞ Bu robotlar, robot teknolojisinde çok önemli bir gelişmenin habercisiydiler. Bacak tasarımını oldukça basit hale getiren, kontrolü kolaylaştıran ve en önemlisi harcanan gücü azaltan bu robotlar, Asimo gibi aktif olarak kontrollü robotlara göre çok daha az enerji ile yoluna devam edebiliyor. Asimo’da 26 farklı eklemin esnekliği elektrik motorları tarafından kontrol ediliyor. Bu sistemde o kadar fazla enerji tüketiliyor ki, Asimo’nun 40 volt’luk pilleri, 4 saatte şarj olmasına karşın yalnızca 1 saatlik kesintisiz yürüyüş sağlıyor. Yine de pasif yürüyüş için de az da olsa bir miktar enerji gerekiyor. Ayak yere her vurduğunda ve vücudun aşağıya doğru olan hareketi tersine çevrildiğinde, yitirilen enerjiyi yerine koymak gerekiyor. Fakat bu noktada, robot üreticileri doğal süreçten aldıkları ipuçlarıyla sorunu çözmüş durumda. İnsanlar her adımın başlangıcında ayaklarının arkasını iterek yürümek için gerekli olan gücü sağlıyorlar. Ruina’nın ekibinin tasarladığı benzer yetenekteki iki ayaklı ro beklemeyin" diyor. Collins de aynı fikirde: "Bunların tek başlarına yararlı olduklarına inanmıyorum. Ben bunları insanları daha iyi anlamak için kullanıyorum" diyor. Pasif yürüyüşlü robotlardan çıkartılacak en önemli ders uyumlu –eklemlerinin yumuşaklığıolmalarıdır. Bu da denge için çok önemlidir. Atkeson grubu ve Delft grubu Denise’in yürüyüşünü, mafsalları elektronik olarak kontrol edilen robotlarla karşılaştırdıkları zaman, kalça bölgesindeki eklemlerin uyumu çok fazla miktarda olduğu için dengenin bozulabileceğini ortaya çıkarttılar. Ayağın yere çok hızlı çarpması vücudun devrilmesine yol açabiliyor. Dolayısıyla Atkeson ve diğerleri şimdi pasif ile aktif yürüyüş arasındaki en optimum noktayı bulmaya çabalıyor. Atkeson, "İnsana benzeyen, az enerji harcayan ve dengeli robotlar pasif dinamik robotlarla enerji tüketen makinelerin bir karışımıdır. Robotların ilerde tüm eklemleri motorlu olmayacak" diyor. Ne var ki tüm robot tasarımcıları bu görüşe katılmıyor. Yazının devamı arka sayfada 987/12 18 Şubat 2006 987/13 18 Şubat 2006