Yapay kaslar robotik bir bacağın yürümesini ve zıplamasını sağlıyor.

Araştırmacılar yapay elektro-hidrolik kaslarla çalışan ve engebeli araziye otomatik olarak uyum sağlayan ilk robotik bacağı geliştirdi. Sistem, elektrik motorlarından daha enerji tasarrufludur ve karmaşık sensörler olmadan yüksek sıçramalara ve hızlı hareketlere olanak sağlar. Teknoloji henüz tam olarak geliştirilmemiş olsa da umut verici ve yumuşak robotik alanında gelecekteki uygulamalar için potansiyel sunuyor.

Mucitler ve araştırmacılar neredeyse 70 yıldır robotlar geliştiriyor. Bugüne kadar, ister fabrikalar ister başka yerler için olsun, ürettikleri tüm makinelerin ortak bir özelliği vardı: 200 yıllık bir teknoloji olan motorlarla çalışıyorlardı. Yürüyen robotların bile kol ve bacakları, insan ve hayvanlarda olduğu gibi kaslarla değil, motorlarla çalışıyor. Bu da kısmen neden canlıların hareket kabiliyetinden ve uyum yeteneğinden yoksun olduklarını açıklıyor.

Kas gücüyle çalışan yeni bir robotik bacak, geleneksel bir bacağa göre enerji açısından daha verimli olmasının yanı sıra, karmaşık sensörlere ihtiyaç duymadan yüksek sıçramalar ve hızlı hareketler yapabiliyor, engelleri algılayıp tepki verebiliyor. Yeni bacak, Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü (MPI-IS) ve ETH Zürih'teki araştırmacılar tarafından, CLS olarak bilinen Max Planck ETH Öğrenme Sistemleri Merkezi adlı bir araştırma ortaklığında geliştirildi.

Mucitler ve araştırmacılar neredeyse 70 yıldır robotlar geliştiriyor. Bugüne kadar, ister fabrikalar ister başka yerler için olsun, ürettikleri tüm makinelerin ortak bir özelliği vardı: 200 yıllık bir teknoloji olan motorlarla çalışıyorlardı. Yürüyen robotların bile kol ve bacakları, insan ve hayvanlarda olduğu gibi kaslarla değil, motorlarla çalışıyor. Bu da kısmen neden canlıların hareket kabiliyetinden ve uyum yeteneğinden yoksun olduklarını açıklıyor.

Kas gücüyle çalışan yeni bir robotik bacak, geleneksel bir bacağa göre enerji açısından daha verimli olmasının yanı sıra, karmaşık sensörlere ihtiyaç duymadan yüksek sıçramalar ve hızlı hareketler yapabiliyor, engelleri algılayıp tepki verebiliyor. Yeni bacak, Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü (MPI-IS) ve ETH Zürih'teki araştırmacılar tarafından, CLS olarak bilinen Max Planck ETH Öğrenme Sistemleri Merkezi adlı bir araştırma ortaklığında geliştirildi.

Bir iskelete bağlanan bu aktüatör çiftleri, canlılarda olduğu gibi aynı eşleştirilmiş kas hareketlerine neden olur: bir kas kısaldıkça, muadili uzar. Araştırmacılar, hangi aktüatörlerin kasıldığını ve hangilerinin uzadığını kontrol etmek için yüksek voltajlı amplifikatörlerle iletişim kuran bir bilgisayar kodu kullanıyorlar.

Araştırmacılar, robotik bacaklarının enerji verimliliğini, elektrik motoruyla çalışan geleneksel bir robotik bacağınkiyle karşılaştırdı. Diğer şeylerin yanı sıra, ne kadar enerjinin gereksiz yere ısıya dönüştürüldüğünü analiz ettiler. Buchner, “Kızılötesi görüntüde, motorlu bacağın, örneğin bükülmüş bir pozisyonda durması gerektiğinde çok daha fazla enerji harcadığını görmek kolay” diyor. Buna karşılık elektro-hidrolik bacaktaki sıcaklık aynı kalıyor. Bunun nedeni yapay kasın elektrostatik olması. Buchner, “Bu, balon ve saç örneğinde olduğu gibi, saçın balona uzun süre yapışıp kalmasına benziyor,” diye ekliyor. “Tipik olarak, elektrik motoruyla çalışan robotlar, ısıyı havaya yaymak için ek ısı alıcıları veya fanlar gerektiren ısı yönetimine ihtiyaç duyar. Bizim sistemimiz bunlara ihtiyaç duymuyor” diyor Fukushima.

Robotik bacağın zıplama kabiliyeti, kendi ağırlığını patlayıcı bir şekilde kaldırma yeteneğine dayanıyor. Araştırmacılar ayrıca robotik bacağın, yumuşak robotlar için özellikle önemli olan yüksek derecede uyarlanabilirliğe sahip olduğunu gösterdi. Ancak kas-iskelet sistemi yeterli esnekliğe sahipse söz konusu araziye esnek bir şekilde adapte olabilir. “Yaşayan canlılar için de durum farklı değil. Örneğin dizlerimizi bükemezsek, engebeli bir yüzeyde yürümek çok daha zor hale gelir,” diyor Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü'nden Christoph Keplinger ile birlikte ekibi yöneten ETH Zürich'ten Robert Katzschmann. “Sadece kaldırımdan yola doğru bir adım attığınızı düşünün.”

Sensörlerin robotik bacağın hangi açıda olduğunu sürekli olarak söylemesini gerektiren elektrik motorlarının aksine, yapay kas çevreyle etkileşim yoluyla uygun konuma uyum sağlar. Bu sadece iki giriş sinyali ile gerçekleşiyor: biri eklemi bükmek diğeri de uzatmak için. Fukushima şöyle açıklıyor: “Araziye uyum sağlamak kilit bir özellik. Bir insan havaya atladıktan sonra yere indiğinde, dizlerini 90 derecelik bir açıyla mı yoksa 70 derecelik bir açıyla mı bükmesi gerektiğini önceden düşünmek zorunda değildir.” Aynı ilke robotik bacağın kas-iskelet sistemi için de geçerli: İniş sırasında bacak eklemi, yüzeyin sert veya yumuşak olmasına bağlı olarak uygun bir açıya uyarlanabilir şekilde hareket ediyor.