YÖRÜNGE ROBOTLARI

Uzay çalışmalarını yürütmek için yeryüzündeki laboratuvarlarda uzay şartlarını simüle etmek her zaman yeterli olmaz. Kaba bir tabirle, bir dili öğrenmek için o ülkeye gitmeniz gerektiği gibi, uzayı anlamak için uzaya çıkmak gerekir. Bu yazımızda da atmosferi arkamızda bırakıp Uluslararası Uzay İstasyonu’nda çıkacağız ve robotların astronotlara nasıl yardımcı olduklarını inceleyeceğiz.

Şekil 1: Uluslararası Uzay İstasyonu

Uluslararası Uzay İstasyonu (International Space Station – ISS) 16 ülkeden mikro-yerçekimli bir ortamda uzun süreli uzay deneylerini yapabilecekleri bir yörünge uydusu olarak inşa edildi (Şekil 1). Geleceğin insanlı uzay uçuşlarında da (örn: Mars, Ay) bir kalkış noktası olarak kullanılması umuluyor. Nasa’nın uzay mekikleri ve Rusya’nın Soyuz roketleriyle gönderilen yapı ve ikmal malzemeleri ile donatılan üs, yaklaşık yarım milyon kilogramlık ağırlığa ve 1200 metrekare yüzölçümüne sahiptir. İçerisinde 6 özel laboratuvar ve aynı anda 7 kişiyi barındırabilecek imkanları bulunan tesis yerküreden 354 km uzaklıktadır. 1998’de yapımına başlanan istasyonun 2020 yılına kadar kullanılması planlanıyor (Şekil 2). İlk kez Kazakistan’daki Baykonur uzay üssünden kalkan üç kişilik ekip, 2000 yılında ISS’te 4 ay boyunca yaşayarak insanoğlunun “uzaydaki ilk kalıcı varlığını” yaşama şerefine ulaştılar. (Tamamlanmış istasyonun içerisinde ve dışarısında 360 derecelik sanal bir tur atmak için bu linketıklamanızı şiddetle tavsiye ediyorum.) ISS’ten dünyanın nasıl göründüğüne dair bir ipucu verecek aşağıdaki video oldukça göz kamaştırıcı:

Şekil 2: Uluslararası Uzay İstasyonu’nun inşaatından bir görünüm

ISS’te genel olarak insanların ve diğer Dünya canlılarının uzun süreli mikroyerçekimli ortamlara ne şekilde uyum sağlayabilecekleri konusunda kapsamlı araştırmalar yürütülüyor.  Uzay araçları ve ekipmanlarının testleri, bunların endüstriyel uygulamaları, ve Güneş Sistemi’nin kolonizasyonu için farklı düzenekler ve uygulamalar deneniyor [1].

Yörüngede neler oluyor?

Geçmişin aksine bugünlerde ISS bir robot istilasına uğramış durumda. İnsansı robotRobonaut2 ve ortalıkta fink atan SPHERES sürü robotları ile bilim kurgu filmlerinde görmeye alıştığımız sahneler gerçeğe dönmüş durumda; Yıldız Savaşları’ndaki uzay gemilerinde dolaşan altın sarısı robot C3PO ve havada asılı kalabilen IT-O robotlarını andıran bu robotlar şimdi ISS içeridinde geziniyorlar. NASA’nın Ames Araştırma Merkezi, Johnson Uzay Merkezi, ve MIT yörüngede neler döndüğüne dair aşağıdaki videoyu paylaştılar.

SPHERES robotları sensör verilerini alma işleminden sorumluyken, Robonaut 2 astronotların ayak işlerini yapıyor. Genel olarak hareketlerinin biraz yavaş olduğu sizin de dikkatinizi çekmiştir, ancak bu durumu henüz uzay robotlarının da emekleme çağlarında olmasına bağlayabiliriz. Robonaut 2 2011 yılında gönderildi, SPHERES ise 5 yılı aşkın bir süredir ISS’te konuşlandırılmış durumda. Her iki robotun da orada bulunmalarının temel sebebi astronotların yoğun programlarında can sıkıcı ve rutin işleri astronotların kontrolünden almak ve bu sayede daha fazla bilimsel ve teknik işlerle uğraşmalarını sağlamak. Unutmamak gerekir ki yerden 354 kilometre yüksekte geçirilen her bir insan saniyesinin bedeli 1000’lerce dolar. İnsanlar ne kadar az angarya işle uğraşırlarsa, robotlar o kadar fayda sağlamış olacaklar. Bu gerçeklerden yola çıkarak, bu yazımızda “Uzaya gitseniz, yanınıza almak isteyeceğiniz 4 şey?”  sorusunun cevabını aramaya çalışıyoruz.

Robonaut 2

Şekil 3: Robonaut 2 neredeyse bir astronotun üst vücut hacmine sahip

Uzay araçlarının Amerika merkezli kalkış istasyonu olarak da bilinen Florida’daki Cape Canaveral uzay üssü 24 Şubat 2011 tarihinde özel bir konuğa ev sahipliği yapıyordu. Discovery ile uzaya gönderilecek astronot tayfasının yanında bir de uzaya giden ilk insansı robot olan Robonaut 2 vardı. ISS’de Robonaut 2’nin astronotlara yardımcı olacak, kalıcı bir misafir olması kararlaştırılmıştı. Astronotlar robotu ISS laboratuvarlarından birine konuşlandırıp, düğmelere basması ve alet edevat tutması amacıyla sabit bir tabana yerleştirdiler (Şekil 3).

Başlangıç olarak amaç uzayda el ile çalışan robotların (manipulation robots) performanslarını sınamak ve gelecek nesil uzay robotları için ön deneme sonuçları almak. Diğer bir deyişle, gelecekte astronotların tamir ve bilimsel görevlerinde yardımcı olacak bir çift el yardımı sağlayabilmek. Bu yüzden robot hem kendi kendine (otonom) çalışabiliyor, hem de uzaktan kumanda ile kontrol edilebiliyor. İstasyondaki astronotların robotu programlayıp istedikleri şeyleri yaptırmalarının yanında, dünyadan da -birkaç saniye gecikme ile de olsa- bir kontrol çubuğu (joystick) vasıtasıyla kontrol edilebiliyor.

Şekil 4: Robonaut 2’nin parmakları, insanların parmaklarıyla yapabildiği işleri yapabilecek şekilde tasarlandı

Acaba NASA, insanlı görevleri insansız görevlerle değiştirme çabası içinde mi? Aslında bu çok da mantıksız bir durum değil. Zira gezegen kaşifleri olarak Dünya yörüngesini terkeden robotlar yakın geçmişte çok başarılı sonuçlar aldılar. Üstüne üstlük, insanlı uçuşlara göre hem daha az tehlikeli, hem de daha ucuzlar. Ancak şu an için insan kabiliyetlerini, esnekliğini ve el kullanma becerilerini gösterme konusunda insanlardan daha yetenekli olmadıkları için, bir süreliğine sadece insanlara destek olmaları için programlamaları düşünülüyor. Robonaut 2 tasarlanırken işte bu amaca hizmet etme öngörüsüyle yola çıkılmış. Robotun insan yapısında her biri 80 santimetre olan ve 9 kilogram taşıyabilen kolları ve baş parmaklarda 4, işaret ve orta parmaklarda 3, ve diğer parmaklarda 1 serbestlik derecesi olmak üzere toplam 12 serbestlik derecesi içeren elleri bulunuyor [2] (Şekil 4). Bu ellerin işleyişi de insan parmak kaslarını kemiklerine bağlamaya yarayan tendonları örnek alarak tasarlanmış. Aşağıda NASA’nın insansı robotu kadrosuna kattığı gün yayınladığı hoşgeldin mesajını seyredebilirsiniz.

Robonaut 2 150 kilogram ağırlında ve ayaklara sahip değil. Her ne kadar uzay istasyonu içerisinde sabit duracak olsa da, NASA’nın gelecek nesillerde denenmek amacıyla ayaklı ve tekerlekli modeller üzerinde çalışmalar yaptığı söyleniyor. Böylece robot uzay aracının veya istasyonunun dışına da çıkarak görevlerini sürdürebilecek. NASA’nın bu projedeki destekçisi ve teknoloji üreticisi General Motors (GM) oldu. GM’in bir başka amacı da üretim tesislerinde kullanabileceği işçi robotlar tasarlamak olduğu için bir taşla iki kuş vurmuş oldular. Alüminyum ve çelikden imal edilen bu modelin toplamda 350′den fazla sensörü ve 42 serbestlilk derecesi bulunuyor. İlgilenenler için daha detaylı robot bileşenlerinin tasvir edildiği aşağıdaki videoyu öneriyorum.

Bu projenin bir sonraki adımı ise aya bir insansı robot göndermek. Bu konudaki en büyük rakip ise 2015 yılından önce göndermeyi planlayan Japonya. Bakalım bu modern zaman teknoloji yarışının galibi kim olacak?

SPHERES

Şekil 5: SPHERES

Uzay robotlarının enteresan bir niteliği de, yerçekimi olmadığından dolayı ağırlık ve denge gibi detayların gözardı edilmesidir. Diğer taraftan yerçekimi olmaması, yönelim ve  kontrolü oldukça zorlu kılar. MIT’nin tasarladığı SPHERES (Synchronized Position Hold, Engage, Reorient Experimental Satellites) robotları 2006’dan beri ISS’te tüm NASA projelerinin otonom navigasyon ve kenetlenme algoritmalarını test etmek amacıyla bulunuyor [3] (Şekil 5). Bu tarz deneyleri yapabilmek için en uygun ortamın korunaklı bir ISS laboratuvarı olduğu aşikâr. Her biri 20 cm çapında olan ve toplamda 18 yüzeye sahip, genel olarak da bir küreyi andıran bu robotların sıkıştırılmış karbondioksit ile çalışan 12 adet iticisi bulunuyor. Konumunu anlamak için ultrasonik ve kızıl ötesi sensörleri kullanan bu düzenekler kablosuz bağlantılarla birbirleriyle haberleşebiliyorlar. Kısaca sürü robotları olarak da niteleyebileceğimiz SPHERES’in aşağıda bir performansını ve hareketlerindeki hassasiyeti seyredebilirsiniz:

Dextre

Şekil 6: Dextre

ISS’in oldukça karmaşık bir sistem olmasından dolayı başına gelebilecek binlerce arıza var. Bunların arasında  bozulan elektromekanik aksamlar başı çekiyor. Özellikle ISS’nin dışında yer alan veya içeriden ulaşmanın çok zor olduğu bir aksamda gelişen bir arızaya müdahele için astronotların ISS’nin dışına, yani uzay boşluğuna çıkmaları gerekiyor. Her ne kadar bahsi geçen astronotlar işlerinin ehli de olsalar, uzay yürüyüşü yapmak hem tehlikeli, hem de astronotlar için zaman kaybı. Bu sebeple Kanada’nın ISS’ye gönderdiği Dextre robotu büyük önem teşkil ediyor (Şekil 6).

Uzaydaki mekanik kaportacımız olarak iş gören Dextre dünyadaki istasyondan kontrol edilebiliyor. Bozulan bir parçayı yenisiyle değiştirmek veya ISS’e yeni üniteler eklemek için astronotların değerli zamanlarından çalmaya artık gerek yok. Bu robotlar ISS içerisinde hayatta kalmaya çalışan, kırılgan ve olası bir terslikte saliseler içinde ölmeye meyilli astronotları hayatta tutmaya çalışıyorlar. Aşağıda Dextre’nin 28 Ağustos 2011 tarihinde başarıyla tamamladığı ve bir devre kesici parçasını değiştirdiği operasyonunun videosunu seyredebilirsiniz [4]:

Justin

Alman Uzay Merkezi (DLR)’nde konuşlanmış Robotik ve Mekatronik Enstitüsü araştırmacıları tarafından geliştirilen Justin hünerli bir insansı robot. Araştırmacıların daha önce kendisine atılan topları tutmayı ve kahve yapmayı öğrettiği (aşağıdaki video) Justin de artık uydu onarmaya hazır olan diğer bir robot.

Şekil 7: Uzay robotu Justin

Normalde tekerlekler üzerinde hareket eden Justin, uzay için modifiye edilmiş versiyonunda bir kafa, üst gövde ve kollara sahip (Şekil 7). Sebebi de aynı Robonaut 2’de olduğu gibi uzay aracına veya uyduya sabitlenecek olması. Bu sayede tamir ve yakıt yenileme tarzı görevlerde yer alabilecek.

Şekil 8: Justin’i kullanmak için bir arayüz

Uzun vadede bu işleri tamamen otonom halledecek robotlar için şimdilik televarlık (telepresence) stratejileri kullanılıyor [5]. Bu sistemde Dünya’daki bir insan operatör, kafasına takılı olan bir ekran ile robotun gördüğü şeyleri görebiliyor ve koluna geçirdiği bir dış iskelet (exoskeleton) ile de robotun hissettiği kuvvetleri kendi kolunda hissedebiliyor (Şekil 8). Justin’in iki kamerası sayesinde stereo görüntü elde edilebiliyor ve derinlik farkındalığı yaşayarak kolu oynatılabiliyor. Kol ve parmaklardaki kuvvet ve tork (dönme momenti) sensörleri vasıtasıyla da robot operatörüne geri besleme gönderiyor. Böylece operatör yuvasında hareket eden bir vidayı hissedebiliyor ve onu sıkması gerektiğini anlıyor.

HAL

Bir robotik ve yapay zeka araştırmacısı olarak, bu yazıyı Arthur C. Clarke romanı olan ve Stanley Kubrick tarafından yönetilen “2001: Bir uzay destanı” filminin unutulmaz HAL karakterini de listeye ekleyerek bitirebilmeyi çok isterdim. Ama diğer taraftan (muhtemelen) iyi ki de ekleyemiyorum. Neden mi? HAL’ın olanca sakin ses tonuyla astronotların istekleri yerine, kendi aldığı kararları uyguladığı sahneyi bir kez daha anımsayalım:

Kaynaklar:

[1] http://tr.wikipedia.org/wiki/Uluslararas%C4%B1_Uzay_%C4%B0stasyonu

[2] http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/how-robonaut-2-will-help-astronauts-in-space

[3] http://ssl.mit.edu/spheres/

[4] http://www.asc-csa.gc.ca/eng/iss/dextre/breaker.asp

[5] http://www.dlr.de/rm/en/desktopdefault.aspx/tabid-5016/

Yazar: Gökhan İNCE

http://www.acikbilim.com/2012/05/dosyalar/astronot-yarenleri-yorunge-robotlari.html

Reklamlar

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s