Evrim Ağacı Logo Evrim Ağacı
Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Biyolojiden Esinlenen Mühendislikle Üretilen Robot Böcekler, Her Geçen Gün Daha da Gelişiyor!

Biyolojiden Esinlenen Mühendislikle Üretilen Robot Böcekler, Her Geçen Gün Daha da Gelişiyor!
Robot Böcekler
New Scientist
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Teknolojinin ilerlemesine bağlı olarak, robotik sahasında yapılan atılımlar da hızla gelişmektedir. Bu sahada yapılan en önemli atılımlardan birisi, mikro hava araçları (MHA) olarak da bilinen, böcekleri taklit ederek üretilen, uçan robotlardır.

Mikro Hava Araçları, boyutları 5-15 cm arasında değişen, sivil ve askeri kullanım alanları bulunan ve boyutlarının avantajı sayesinde, farklı robotik mekanizmaların çalışamayacağı elverişsiz koşullarda ve dar alanlarda çalışabilen insansız hava araçlarıdır. Bu araçlara, amaca bağlı olarak farklı donanımlar eklenebilir. Örneğin gözlem amaçlı üretilen bir MHA üzerine kameralar, erişmesi güç bölgelerdeki çeşitli fiziksel özellikleri tespit etmek amacıyla üretilen bir MHA üzerine, amaca uygun sensörler eklenebilir.

MHA'lar, kanat tiplerine göre farklı tasarımlara sahip olabilirler. Bu tasarımlar genel olarak sabit, döner ve çırpan kanat olarak üçe ayrılır. Sabit kanat ve döner kanat araçlar günümüzde yoğun kullanılmasına rağmen, çırpan kanat araçların bize farklı koşullarda sağlayabileceği önemli avantajlar ve dezavantajlar bulunmakta. Ayrıca çok "havalılar".

Harvard Robobee
Harvard Robobee
Wyss Institute

Kuşlar, Böcekler ve... Robotlar?!

Uçan bir araç hayal etmemiz istendiğinde, muhtemelen herkesin aklına ilk gelecek araç uçaklardır. Uçaklar itki kuvvetlerini motorları sayesinde, taşıma kuvvetlerini ise kuş benzeri kanat şekilleri (airfoil) sayesinde oluştururlar. Uçaklar için en verimli uçma yöntemi budur; fakat doğada uçan canlılar itki kuvveti oluşturmak için farklı (ve çoğu durumda daha verimli) bir yöntem kullanırlar: kanat çırpmak.

Böcekler ve kuşlarda, farklı uçuş koşulları altında, bağımsız olarak benzer hareket biçimini evrimleşmiştir. Aralarında olan bu farkı algılayabilmek adına, bir martı ve bir sineği kıyaslayabiliriz: Martılar sineklere göre geniş ve esnek olmayan kanatlara sahiptir, çoğunlukla yüksek hızlarda ve kararlı uçan kuşlardır. Sinekler ise oldukça esnek kanatlara sahip, çoğunlukla düşük hızlarda ve kararsız uçan böceklerdir. İki canlıyı gözlemlediğimiz zaman, sineklerin martılara kıyasla çok daha fazla kanat çırptığı ve neredeyse hiç süzülmediğini görürüz. Bu davranışlar bize aslında kanat çırpma hareketinin hangi koşullarda hangi canlılara avantaj veya dezavantaj olduğunu gösteren önemli ipuçlarıdır.

Robotlar, Böcek ve Kuşlardan Neler Öğrenebilir?

Uçan böcekleri yeterince gözlemlediğimize göre, bu gözlemleri nasıl bir mekanizmaya dönüştürebiliriz, onu düşünelim.

Bu tasarım sürecinde üç tane önemli kısım var: beyin, omurga ve kanatlar. Aracın "beyni" diyebileceğimiz parça bir "uçuş kontrol kartı"dır; fakat bu yazıda aracın kontrolünden ziyade, uçmak için gerekli kuvvetleri oluşturacak parçaların tasarımına odaklanacağız. Yani "omurga" diye adlandırdığımız uçma mekanizması ve kanatlara...

Aslına bakarsanız, kanat çırpma hareketini taklit etmek çok karmaşık bir mekanizma tasarımı gerektirmiyor. Bir sürgülü krank ve bağlı olduğu bir dört kol mekanizması ile bu hareket taklit edilebilir. Bu, yaklaşık olarak aşağıdaki gibi görünür.

Uçuş Mekanizması
Uçuş Mekanizması
iopscience

Kanatlara geldiğimizde ise durum biraz daha farklı: Önceki kısımda belirttiğimiz gibi, böceklerde kanat yapıları, büyük kuşlara göre daha esnektir. Bunu taklit etmek için farklı yöntemler denenen ve Experimental Mechanics adlı dergisinde yayınlanan bir araştırmada, farklı esnekliklerdeki üç malzemenin robot böceklerinin kanatları üzerindeki etkileri gözlemlendi.[2] Sonuçlar, kuşlar ve böceklere yönelik önceki gözlemlerimiz ve çıkarımlarımızı destekler nitelikte.

İlk olarak yapılan deneylerde süzülerek yapılan uçuşlar farklı hız ve hücüm açılarında gözlemlenmiş. Bu deney sonucunda düşük hücum açılarında yapılan deneylerde, tüm hız aralığında, taşıma/sürükleme kuvvetleri oranı en yüksek olan kanat, en rijit (esnemez) olan kanat olmuştur. Çırpma hareketi ile yapılan uçuş deneylerinde ise, türetilmiş bir parametre ile uçuşun kararlılık rejimi incelenmiş ve buna bağlı olarak sonuçlar elde edilmiştir. Uçuşun kararsız bir rejim gösterdiği aralıkta aerodinamik özelliklere en çok katkı yapan kanat, en esnek olan lateks kanat olmuştur. Bu deneyler sonucunda, düşük hızlarda ve kararsız uçan bir araç için en uygun kanat malzemesi, aracın boyutlarına ve oluşan kuvvetlere uygun esneklikte seçilecek olan malzemedir.

Kanadın malzemesi seçildikten sonra önemli bir parametre de kanadın şeklidir. İşin içinde akış olan her tasarımda, parça geometrisi çok önemli bir parametre olarak karşımıza çıkıyor. Bioinspiration & Biomimetics dergisinde yayınlanan bir diğer makalede, bir mikro hava aracının kanatlarının en uygun şekilde nasıl tasarlanabileceği deneysel bir şekilde çalışıldı.[1] Bu makalede kanatların kamburluk açısı, açıklık (en/boy) oranı, koniklik oranı (İng: "taper ratio") ve yüzey alanı değişken olarak belirlenmiş ve çırparak uçmaya en uygun kanat şekli tespit edilmeye çalışıldı. Aşağıda, farklı parametreler göre belirlenen en uygun değerleri görebilirsiniz.

Farklı Kanat Ailelerinin Parametre Değerleri
Farklı Kanat Ailelerinin Parametre Değerleri
iopscience

Yapılan deneyler ve optimizasyon sonucu, 5. ailedeki yamuk şeklindeki kanatların, çırparak uçma için en verimli kanatlar olduğu sonucu elde edildi. Ayrıca bu kanadın parametrelerinin değerleri, sinek kuşu (İng: "hummingbird") olarak bilinen oldukça küçük bir kuşun kanatlarının parametreleri ile oldukça yakın değerler olduğu makalede belirtiliyor.

Hangarda Neler Var?

Daha önce çalışılmış ve halihazırda çalışılmakta olan bir çok mikro hava aracı bulunmakta. Bu araçlardan bazıları: DelFly Nimble, Harvard Robobee,ve Nano Hummingbird.

DelFly Nimble

Hollanda'da TU Delft tarafından geliştirilen DelFly Nimble geliştirilen en "becerikli" araçlar arasında. Nimble 29 gram ağırlığında ve 33 cm kanat genişliğinde ve tam bir şarjla 5 dakikalık bir uçuş gerçekleştirebiliyor. Oldukça verimli uçan bu araç, 3 m/s hızında ve 1 km çapında iletişimi kaybetmeksizin uçuşlar gerçekleştirebiliyor. Robotun itki/ağırlık oranı 1.3 civarlarında ve araç 4 grama kadar faydalı yük taşıyabilmekte (kamera, çeşitli sensörler vs.). Aracın ulaşabildiği en yüksek hız ise 7 m/s.

Harvard Robobee

Harvard Robobee, Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü tarafından geliştirilen, gerçek bir arı boyutlarında olan bir mikro hava aracı. Aracın ağırlığı 80 miligram ve kanat açıklığı ise sadece 3 cm. Geliştirilen bu araç, şimdiye kadar insan eliyle yapılmış en küçük ve en hafif uçan robot. Bu boyutlarda minik bir türbülans oldukça etkili olabildiği için Robobee çok hızlı tepkiler verebilecek şekilde tasarlanmış. Robobee ilk tasarlandığı haliyle iki tane önemli tasarım problemi içeriyor, bunlar : Mikroçiplerin bile bu araca sığmıyor olması ve gerekli gücü sağlayabilecek bir batarya.

Nano Hummingbird

Nano Hummingbird, AeroVironment tarafından askeri amaçlarla geliştirilmiş bir mikro hava aracı. Bu araç özellikle dış kaplamasının bir sinek kuşuna oldukça benzemesi sonucu oldukça ilgi çekici. Bu kaplama, araç askeri amaçlarla geliştirildiği için kamuflaj amacıyla tasarlanmış. Araç 19 gram ağırlığında ve 16 cm kanat açıklığında. Araç iç ve dış ortamlarda görev yapmaya elverişli tasarlanmış ve 2.5 m/s hızında gust rüzgarlarını karşı uçabiliyor. Aracın ulaşabildiği maksimum hız 10 m/s ve 1 km'lik bir çapta uçabiliyor.

Sonuçlar

Böcek tipi mikro hava araçları hem çırpar kanat tasarımlara sahip oldukları için hem de oldukça küçük boyutlarda çalışmalar gerektirdikleri için uygulamalı bilimlerin gelişmesinde önemli bir etki sahibi olabilir. Bu araçların tasarımında, modellenmesinde, kontrolünde ve imalatında hala çalışılması gereken oldukça fazla konu var. Şimdiye kadar operasyonu zor olan koşullarda çalışabilecek araçlar geliştirmek ve bu araçları çeşitli alanlarda kullanmak mümkün.

Doğal gözlemlerden yola çıkarak tasarım yapmak ve bunları belirli bir amaca yönelik şekilde uygulamak insanlığın fiziksel sınırlarını aşmasını sağlamakta. Doğa her zaman insanlar için önemli bir esin kaynağı olmuş ve olmaya da devam edecek. Bu yazıda bahsedilen çalışmalar biyotaklit alanında ne kadar gelişme katedildiğini gösterir nitelikte. Bu çalışmalar her zaman olduğu gibi hızla devam ediyor ve insanlık gün geçtikçe kendi fiziksel sınırlarını daha da genişletiyor.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 5
  • Muhteşem! 1
  • İnanılmaz 1
  • Bilim Budur! 0
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 0
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 25/11/2020 06:17:45 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9039

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Instagram
Köpek
Bilgi Felsefesi
Akciğer
İnsanlık
Sperm
Alkol
Cansız
Yok Oluş
Seçilim
Galaksi
Evrimsel Süreç
Kanat
İnsanın Evrimi
Davranış
Sağlık Personeli
Öğrenme
Dna
Hematoloji
Şempanzeler
Memeli
Albert Einstein
Hareket
Kalıtım
Sars Virüsü
Süpernova
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Başkaları için bu kadar çok, kendimiz içinse bu kadar az şey hissetmek ve bencilliğimizi baskılamak insan doğasının kusursuz tarafıdır.”
Adam Smith
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol