Bilim İnsanları Enerji Verimli BirdBot Oluşturdu

Alexander Badri-Spröwitz liderliğindeki Max Planck Akıllı Sistemler Enstitüsü'ndeki (MPI-IS) bilim adamlarından oluşan bir ekip, uçamayan kuşların doğal modeline dayanan bir robot bacak yaptı. Yeni BirdBot, diğer makinelere göre daha az motorla oluşturuldu ve teorik olarak büyük boyutlara ölçeklenebilir.

Badri-Spröwitz, biyoloji ve robotik alanlarında çapraz çalışmalar yapan Dinamik Hareket Grubuna liderlik ediyor. Ekipte Badri-Spröwitz'in doktora öğrencisi Alborz Aghamaleki Sarvestani; Robotist ve MPI-İŞ direktörü Metin Sitti; ve Kaliforniya Üniversitesi, Irvine'de biyoloji profesörü olan Monica A. Daley.

Araştırma dergide yayınlandı Bilim Robotik.

Doğadaki Kuşlara Bakmak

Kuşlar, sallanma aşamasındayken ayaklarını geriye doğru katlamayı içeren bir harekete güveniyor ve ekip bu hareketi mekanik bir bağlantıya bağladı.

Badri-Spröwitz, "Sinir sistemi değil, elektriksel uyarılar, kas aktivitesi değil" diyor. "Birden fazla eklem boyunca uzanan bir kas ve tendon ağı aracılığıyla ayak-bacak bağlantısının yeni bir işlevini varsaydık. Bu çok eklemli kas-tendon, salınım fazında ayak katlanmasını koordine eder. Robotumuzda, enerji tasarruflu ve sağlam robot yürüyüşünü sağlayan bacak ve ayakta birleşik mekaniği uyguladık. Bu mekanizmayı bir robotta gösteren sonuçlarımız, benzer verimlilik faydalarının kuşlar için de geçerli olduğuna inanmamıza yol açtı" diye açıklıyor.

Ekip, uçamayan bir kuşun bacağından modellenen bir robotik bacak yaparak hipotezlerini test etti. Yapay kuş ayağı motorsuz olarak yapılmıştır. Bunun yerine, bir yay ve kablo mekanizmasıyla donatılmış bir bağlantıya dayanıyordu. Araştırmacılar daha sonra ayağı mekanik olarak bacak eklemlerine bağlamak için kablolar ve makaralar kullandılar. Bu bacakların her birinde, bacağı ileri geri sallamakla görevli kalça eklemi motoru ve dizi esneterek bacağı yukarı çeken küçük bir motor bulunur.

Ekip, yiyeceklerinin katlanıp açıldığını gözlemlerken BirdBot bir koşu bandında test edildi.

Aghamaleki Sarvestani, "Ayak ve bacak eklemlerinin duruş aşamasında harekete geçirilmesi gerekmiyor" diyor.

"Yaylar bu eklemlere güç sağlar ve çok eklemli yay-tendon mekanizması eklem hareketlerini koordine eder. Bacak sallanma aşamasına çekildiğinde, ayak bacağın yayını ya da hayvanlarda olduğuna inandığımız kas-tendon yayını ayırır," diye devam ediyor Badri-Spröwitz.

Ayaktayken Sıfır Enerji

Robot bacağı ayakta dururken sıfır enerji kullanır, yani selefinin enerjisinin yalnızca dörtte birine ihtiyaç duyar.

Robot çalışırken, ayak her bacak salınımında bacağın yayını ayırır. Ayırmak için, büyük ayak hareketi kabloyu gevşetirken kalan bacak eklemleri gevşek bir şekilde sallanır. Bu, genellikle eklemdeki bir motor tarafından robotlara sağlanan, ayakta durma ve bacak sallama arasında bir geçiş durumu yaratır. Bir sensör ayrıca normalde robotun motorlarını açıp kapatan bir kontrolöre bir sinyal gönderir.

“Önceden motorlar, bacağın salınım veya duruş fazında olmasına göre değişiyordu. Artık ayak, yürüme makinesinde bu işlevi üstlenir ve mekanik olarak duruş ve sallanma arasında geçiş yapar. Sadece kalça ekleminde bir motora ve salınım fazında dizi bükmek için bir motora ihtiyacımız var. Bacak yayının devreye girip çıkmasını kuştan ilham alan mekaniğe bırakıyoruz. Bu sağlam, hızlı ve enerji açısından verimli," diyor Badri-Spröwitz.

BirdBot, kuşların doğadaki şaşırtıcı mekanizmalarının birçoğunu gösteren fiziksel bir modeldir; örneğin, düşünmelerine gerek kalmadan hızlı hareket etmelerine yardımcı olanlar gibi. Yerde bir tümsek olması durumunda BirdBot'un ayağı mekanik olarak ve herhangi bir zaman gecikmesi olmaksızın yer değiştirir. Tıpkı doğadaki kuşlar gibi, robot da yüksek hareket sağlamlığına sahiptir.

Bu yeni araştırma, hepsi çok az güç girişi ile birkaç ton ağırlığa sahip robotları taşımak için uygulanabilen metre yüksekliğindeki ayaklarla sonuçlanabilir. BirdBot'un inşası, biyolojiye ilişkin derin yeni bilgiler sağlayarak bu alanda ilerlemelere yol açabilir.