Bilim İnsanları Enerji Verimliliği Yüksek BirdBot Yaptılar

Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü’nde (MPI-IS) Alexander Badri-Spröwitz liderliğindeki bir grup bilim insanı, uçuşu olmayan kuşların doğal modeline dayanan bir robot bacak geliştirdiler. Yeni BirdBot, diğer makinelerden daha az motorla yapıldı ve teorik olarak büyük boyutlara ölçeklenebilir.

Badri-Spröwitz, biyoloji ve robotik alanlarında çalışmalarda bulunan Dinamik Locomotion Grubu’nun lideridir. Ekibe Alborz Aghamaleki Sarvestani, Badri-Spröwitz’in doktora öğrencisi; Metin Sitti, robotikçi ve MPI-IS’de yönetici; ve Monica A. Daley, Kaliforniya Üniversitesi, Irvine’de biyoloji profesörü de dahildir.

Araştırma, Science Robotics dergisinde yayımlandı.

Doğaya Bakmak: Kuşlara

Kuşlar, sallanma aşamasındayken ayaklarını geri doğru katlayarak bir hareket gerçekleştirirler ve ekip bu hareketi bir mekanik bağlantıyla ilişkilendirdi.

“Bu, sinir sisteminden kaynaklanmıyor, elektriksel uyarı yok, kas aktivitesi yok” diyor Badri-Spröwitz. “Ayak-bacak bağlantısının çoklu eklemli kas-tendon ağı aracılığıyla yeni bir işlevini varsaydık. Bu, ayakların sallanma aşamasında katlanmasını sağlar. Robotumuzda, bacak ve ayakta bağlantılı mekanikleri uyguladık, bu da enerji verimliliği yüksek ve bozucu etkilere dayanıklı robot yürüyüşü sağlar. Robotumuzda bu mekanizmayı gösterdiğimiz sonuçlar, benzer verimlilik faydalarının kuşlar için de geçerli olabileceğini düşündürüyor” diye açıklıyor.

Ekip, hipotezlerini test etmek için uçuşu olmayan bir kuşa ait bacak modeline dayanan bir robot bacak inşa ettiler. Yapay kuş bacağı, motor olmadan yapıldı ve yerine bir eklemde bir yay ve kablo mekanizması kullanıldı. Araştırmacılar daha sonra kablolar ve makaralar kullanarak ayağı bacağın eklemlerine mekanik olarak bağladılar. Her bir bacak, bacağı ileri geri sallayan bir kalça eklemi motoruna ve bacağı dizini bükerek kaldıran küçük bir motora sahiptir.

BirdBot, ekip tarafından bir koşu bandında test edildi ve ayakların katlanması ve açılması gözlemlendi.

“Ayak ve bacak eklemlerinin durma aşamasında aktüasyonlara ihtiyacı yok” diyor Aghamaleki Sarvestani.

“Bu eklemleri yaylar hareket ettirir ve çoklu eklemli yay-tendon mekanizması eklem hareketlerini koordine eder. Bacak sallanma aşamasına çekildiğinde, ayak bacağın yayını devre dışı bırakır – veya hayvanlarda gerçekleştiğini düşündüğümüz kas-tendon yayı bağlantısını ayırır” diye devam ediyor Badri-Spröwitz.

Dururken Sıfır Enerji

Robot bacağı dururken enerji tüketmez, bu da önceki versiyonuna göre yalnızca dörtte bir enerji gerektiği anlamına gelir.

Robot koşarken, ayak her bir bacak sallama aşamasında bacağın yayını devre dışı bırakır. Devre dışı bırakmak için büyük ayak hareketi kabloyu gevşetir ve kalan bacak eklemleri serbestçe sallanır. Bu, durma ve bacak sallama arasında bir durum geçişini sağlar, bu genellikle bir motor tarafından sağlanır. Ayrıca bir sensör de genellikle bir kontrolcüye sinyal gönderir ve robotun motorlarını açıp kapatır.

“Önceki motorlar, bacağın sallanma veya durma aşamasına bağlı olarak değiştiriliyordu. Şimdi ayak, yürüme makinesinde bu işlevi mekanik olarak üstleniyor ve durma ile sallanma arasında geçiş yapıyor. Sadece kalça eklemi motoruna ve dizini bükerek bacağı kaldıran bir motora ihtiyacımız var. Bacak yayının bağlantısını ve ayırmasını kuşlardan esinlenen mekaniklere bırakıyoruz. Bu, bozucu etkilere dayanıklı, hızlı ve enerji verimlidir” diyor Badri-Spröwitz.

BirdBot, doğadaki kuşların birçok harika mekanizmasını gösteren fiziksel bir modeldir, Örneğin, düşünmek zorunda kalmadan hızlı hareket etmelerine yardımcı olan mekanizmalar. Eğer zeminde bir tümsek varsa, BirdBot’un bacağı mekanik olarak ve herhangi bir zaman gecikmesi olmadan geçiş yapar. Kuşlar gibi, robot da yüksek lokomosyon dayanıklılığına sahiptir.

Bu yeni araştırma, birkaç ton ağırlığındaki robotları taşıyabilecek, ancak az enerji girişi gereken metre yüksekliğinde bacaklar oluşturulmasına yol açabilir. BirdBot’un inşası, biyoloji alanında yeni içgörüler sağlayarak bu alanda ilerlemelere yol açabilir.