Yeni Nesil Mini Dronlar

Devasa uçaklardan sonra şimdi ise böcek boyutunda mini dronlar üzerine çalışmalar devam ediyor.Teknoloji ilerledikçe daha büyük ve daha küçük makinelerin yapıldığına şahit oluyoruz.

Eğer bir sivrisineği defalarca geri gelmesine rağmen, yüzünüzden uzaklaştırdıysanız, böceklerin uçarken dikkat çekici derecede akrobatik ve dirençli olabileceğini bilirsiniz. Böceklerin olağanüstü akrobatik özellikleri, tüm rüzgar koşulları, havadaki engeller ve genel belirsizliğe rağmen havada kolayca hareket edebilmelerine yardımcı olur. Bu tür özelliklerin uçan robotlarda kullanılabilmesi de oldukça zordur, ancak MIT Yardımcı Profesörü Kevin Yufeng Chen, böceklerin çevik hareketliliğine yaklaşan bir sistem kurdu.

mini drone
Şekil 1: Mini dronlar.

Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü ve Elektronik Araştırma Laboratuvarı’nın bir üyesi olan Chen, benzeri görülmemiş el becerisi, dayanıklılığı olan böcek büyüklüğünde dronlar geliştirdi. Bu uçan robotları, gerçek dünya koşullarının fiziksel sıkıntılarına dayanmalarını sağlayan yeni bir yumuşak aktüatör sınıfı ile güçlendirerek geliştirmiştir. Chen, robotların bir gün ekinlerin tozlaşmasını sağlayarak veya dar alanlarda makine incelemeleri yaparak insanlara yardım edebileceğini umuyor.

Chen’in çalışması bu ay IEEE Process on Robotics dergisinde yayınlandı. Makalenin ortak yazarları arasında MIT doktora öğrencisi Zhijian Ren, Harvard Üniversitesi doktora öğrencisi Siyi Xu ve Hong Kong Şehir Üniversitesi’nden robotikçi Pakpong Chirarattananon vardır..

İnsansız Hava Araçları ve Uygulama Alanları

Tipik olarak, insansız hava araçları geniş açık alanlara ihtiyaç duyar çünkü ne sınırlı alanlarda gezinmek için yeterince çevik ne de bir kalabalığın içindeki çarpışmalara dayanacak kadar sağlamdır. Chen, “Bugün çoğu insansız hava aracına bakarsak, genellikle oldukça büyükler” diyor. “Bu tür İHA’ların uygulama alanlarının çoğu açık havada uçmayı içeriyor. Soru şu: Çok karmaşık, dağınık alanlarda hareket edebilen böcek ölçeğinde robotlar üretebilir misiniz?”

Chen’e göre, “Küçük uçan robotlar yapmak çok zor.” Küçük boyutlu dronlar, büyük olanlardan temelde farklı bir yapı gerektirir. Büyük dronlar genellikle motorlarla çalıştırılır, ancak motorlar siz onları küçültürken verimliliklerini kaybeder. Chen böceklere benzeyen robotlar için “alternatifler aramanız gerekiyor” diyor.

Şimdiye kadar kullanılan temel alternatif, piezoelektrik seramik malzemelerden yapılmış küçük, sert bir aktüatör kullanmaktı. Piezoelektrik seramikler, ilk nesil küçük robotların uçuşa geçmesine izin verirler ancak oldukça kırılgandırlar. Bu ise, bir böceği taklit edebilecek bir uçan robot yaparken bir sorundur. Burada avcı bombus arılarının saniyede bir çarpışmaya katlanabilecek bir yapıları olduğunu hatırlatmak uygun olacaktır.

uçan robot
Şekil 2: Bombus arısı ve mini dron.

Mini Dronlar

Chen, sert ve kırılgan olanlar yerine yumuşak aktüatörler kullanarak daha dayanıklı, küçük bir drone tasarladı. Yumuşak aktüatörler, karbon nanotüplerle kaplanmış ince kauçuk silindirlerden yapılmıştır. Karbon nanotüplere voltaj uygulandığında, kauçuk silindiri sıkıştıran ve uzatan elektrostatik bir kuvvet üretirler. Tekrarlayan gerilme ve kasılma, dronun kanatlarının hızlı bir şekilde çırpılmasına neden olur.

Chen’in aktüatörleri saniyede yaklaşık 500 kez kanat çırparak insansız hava aracına böceğe benzer bir esneklik kazandırmıştır. Chen, “Uçarken elinle vursan de kendini toparlayabilir” diyor. “Havada takla atma gibi agresif manevralar da yapabilir.” Ve yaklaşık olarak büyük bir bombus arısının kütlesi olan 0.6 gram ağırlığındadır. Her ne kadar drone şekil itibariyle kanatlı küçük bir kaset gibi görünse de, Chen, yusufçuk şeklinde yeni bir prototip üzerinde çalışıyor.

Araştırma içerisinde yer almayan, Cornell Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçenti olan Farrell Helbling, konu ile ilgili olarak “Santimetre ölçeğinde bir robotu uçurabilmek her zaman etkileyici bir başarıdır” diyor. “Yumuşak aktüatörlerin doğal uyumu nedeniyle, uçan robot, uçuş esnasında karşılaştığı engeller tarafından büyük ölçüde engellemeden güvenli bir şekilde uçuşuna devam edebilir. Bu özellik, karmaşık, dinamik ortamlarda uçuş için çok uygundur ve çok geniş alanlarda uygulama sahası bulabilir.”

böcek dron
Şekil 3: Mini dronların kanat yapısı.

Uçan Robotlar ve Aktüatörler

Helbling, robotların şu anda ihtiyaç duydukları aktüatörlerin yüksek çalışma voltajı için gerekli olan kablolu bir güç kaynağından ayrılmasının bu uygulamalara yönelik önemli bir adım olacağını ekliyor. “Bu çalışmayı yapan araştırmacıların, bir gün dronların gerçek dünya koşullarında bağlantısız uçuş gerçekleştirmesini sağlamak için ihtiyaç duyulan voltaj miktarını nasıl azaltacaklarını görmek için heyecanlanıyorum.” diyor.

Böcek benzeri robotlar yapmak, araştırmacılar için uzun süredir devam eden bir araştırma yolu olan böcek uçuşunun biyolojisi ve fiziğine bir kapı aralayabilir. Chen’in çalışması bu soruları bir tür tersine mühendislik yoluyla ele alıyor. “Böceklerin nasıl uçtuğunu öğrenmek istiyorsanız, ölçekli bir robot modeli oluşturmak çok öğretici” diyor. “Birkaç şeyi karıştırabilir ve kinematiği nasıl etkilediğini veya sıvı kuvvetlerinin nasıl değiştiğini görebilirsiniz. Bu, bunların nasıl uçtuğunu anlamanıza yardımcı olacaktır.” Ancak Chen, entomoloji ders kitaplarına eklemekten fazlasını yapmayı hedefliyor. Onun ürettiği dronlar aynı zamanda sanayi ve tarımda da faydalı olabilir.

Chen, mini-dronlarının güvenli bir şekilde çeşitli incelemeler yapmak için büyük ve karmaşık makinelerde gezinebileceğini söylüyor. “Bir türbin motorunun incelemesini düşünün. Bir dronun, türbin kanatçıklarındaki çatlakları kontrol etmek için küçük bir kamerayla [kapalı bir alanda] hareket etmesini isteyebilirsiniz.”

Diğer potansiyel uygulamalar arasında mahsullerin yapay tozlaşması veya bir felaketin ardından arama ve kurtarma görevlerinin tamamlanması da yer alıyor. Chen, “Bütün bunlar mevcut büyük ölçekli uçan robotlar için çok zor olabilir” diyor. Bazen daha büyük olmak daha iyi değildir.

Kaynak:

https://techxplore.com/news/2021-03-tiny-agile-drones.html

Yazar: Tekno Kampüs

Tekno Kampüs sitesine içerik sağlayan ekibimizin hazırladığı yazılar paylaşılmaktadır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir