Doğadan İlham Alan En Gelişmiş Uzaylı Robotlar ve Yüksek Teknolojileri

Robot kelimesinin kökeni Çekce robota “mecburi hizmet, angarya, köle emeği” sözcüğünden türetilmiştir. Bu sözcük Eski Slavca aynı anlama gelen rabota sözcüğünden alıntıdır. NASA’nın tanımına göre ise robot, iş yapmak için kullanılabilecek makinelerdir.

Robotlar, insanların yapmakta vakit ve güç harcaması gereken zorlu işleri insanlar yerine yaparak insanlığa oldukça katkı sağlıyor. Robotlar; kullanım amaçları, tasarımları ve kapasiteleri değişlik gösterse de çok fazla alanda konumlandırılıyor. Robotik alanındaki gelişmelerle birlikte de gün geçtikçe sayıları ve çeşitleri artmaya devam ediyor.

Dünya’da kullanılmak üzere geliştirilen robotların yanı sıra uzay keşifleri için kullanılan robotlar da robotik alanını oldukça ilgilendirmektedir.

Yazımızda robotları uzay misyonlarındaki Robot Kollar ve Keşif Robotları olarak ikiye ayırıp inceleyeceğiz. İncelemeye başlamadan önce robotik alanının önemli taşlarından birisi olan biyotaklit (biyomimikri) bilimine göz atmak oldukça faydalı olacaktır. İnsanlığın ilk çağlardan beri sahip olduğu taklit etme yeteneği robotik alanında hangi bilimsel gelişmeleri tetiklemiş olabilir?

Biyotaklit (Biyomimikri) Nedir?

Biyomimikri, canlıların yaklaşık 4 milyar yıllık evrimi boyunca benimsenen çözümlere dayanarak, ilham alarak yenilik yapmayı içeren bir yaklaşımdır. Doğa, dünyanın önde gelen araştırma ve geliştirme laboratuvarıdır ve ister hayvan, ister bitki, mineral veya başka bir şey olsun, biyolojik modelin nesli tükenmiş olsun veya olmasın, tükenmez bir ilham kaynağıdır.

Biyomimikri, insan yapımı ürünlerde kullanılmak üzere doğanın temel tasarım ve mühendislik stratejilerini taklit eden bir tasarım yaklaşımıdır. Bir tasarımı optimize etmeye yönelik tipik bir mühendislik yaklaşımı, mevcut özellikleri eklemek veya değiştirmektir. Buna karşılık, biyomimikri bu eklemeli yaklaşımın üstesinden gelir ve bunun yerine tasarım problemini temel ilkelerine ve bileşenlerine indirgeyerek, sıfırdan verimli bir şekilde inşa edilecek tasarımlar önerir. Biyomimikri ayrıca genel olarak biyo-ilhamlı tasarım (BID) veya doğadan ilham alan tasarım olarak da anılır.

Yazının devamındaki robot kol ve keşif araçlarının birçoğu biyomimikri biliminden faydalanılarak geliştirmiş ve kullanımıyla insanlığın işini kolaylaştırmayı amaçlamaktadır.

Uzaylı Robot Kollar ve Robotlar

1-ISS’teki Robot Kollar

Bu kısımda ISS’teki oldukça gelişmiş ve karmaşık robot kolları keşfedeceğiz.

Robot Kol Canadarm2 ve Dextre

Bu alanda NASA ve çeşitli diğer ajansları; uzayda araştırmalar yapmak, dünya dışı yaşamı aramak ve deliller toplamak üzere çeşitli uzay programları için keşif robotları ve robot kollar üzerine araştırmalar ve geliştirmeler yapıyor. Buna Uluslararası Uzay İstasyonu‘nun robot kollarını örnek verebiliriz.

Canadarm2, Kanada’nın (Kanada Uzay Ajansı [CSA]) Uluslararası Uzay İstasyonuna ( ISS ) yaptığı katkının bir parçasıdır. Bu 17 metre uzunluğundaki robotik kol, yörüngedeki laboratuvarın montajında ​​kapsamlı bir şekilde yer almıştır. Bu kol istasyonun bakımı, malzeme-ekipman-Dextre-astronot taşınması ve ISS’e yaklaşan araçları kozmik bir başarıyla yakalanması gibi görevlere sahiptir.

Ek Bilgi: Canadarm2 robot kolu son derece güçlüdür. 116.000 kg’a kadar (sekiz okul otobüsünün ağırlığına eşdeğer) yükleri kaldırabilir. Ayrıca Kanada tarafından geliştirilen Candarm2 ve Dextre robot kolları geliştirilirken insanlığa faydalı birkaç önemli buluşa öncelik etmiştir:

• NeuroArm , MRI makinesinde beyin ameliyatı yapabilen dünyanın ilk robotu
• IGAR , meme kanseri tanı ve tedavisini hızlandırma potansiyeline sahip hassas teknoloji
• Modus V , hastanelerde ameliyat yapma şeklini değiştirecek robotik bir dijital mikroskop seti

Uzay çalışmalarının insanlığa faydaları azınsanmayacak kadar fazla, ISS’teki insanlık yararına çalışmalar ve keşifleri listelediğimiz yazımız ilginizi çekebilir:
Şimdiye Kadar Yapılmış En Pahalı Yapı (150 Milyar Dolar) – ISS’in İnsanlığa Faydaları Nelerdir?

Dextre Özel Amaçlı Becerikli Manipülatör (SPDM), ISS’deki rutin bakımları gerçekleştirir. Işıklar, video ekipmanı, alet platformu ve dört alet tutucuyla donatılmış Dextre’nin çift kollu tasarımı ve hassas kullanım özellikleri, uzay yürüyüşlerine olan ihtiyacı azaltır.

Dextre, Uluslararası Uzay İstasyonu’nu için bir uzay tamircisidir. Dextre’nin rolü, ISS dışında pillerin değiştirilmesi ve kameraların değiştirilmesi gibi bakım ve onarım işlerini gerçekleştirmektir. Dextre’nin görevi, rutin işleri yapmak için yapılan riskli uzay yürüyüşlerinin miktarını azaltmak ve böylece astronotlara, ISS’nin ana hedefi olan bilim için daha fazla zaman tanımaktır. Dextre, çalışma sahaları arası transfer için Canadarm2’nin ucuna binebilir veya sadece Mobil Taban Sistemine bağlanabilir.

JEM (Japon Deney Modülü) Kibo ve Robot Kolu

Japonca’da umut anlamına gelen “Kibo” olarak bilinen Japon Deney Modülü (JEM), Japonya’nın ilk uzay tesisi ve Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı‘nın (JAXA’nın) Uluslararası Uzay İstasyonuna ilk katkısıdır.

Kibo, yörüngede bilimsel araştırma faaliyetleri yürütmek amacıyla tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Kibo’da aynı anda en fazla dört astronot deneysel faaliyetler gerçekleştirebiliyor.

Kibo’nun yörüngedeki operasyonu için gerekli olan hava, güç, veri ve soğutma sıvısı gibi kaynaklar, ISS’nin ABD bölümünden sağlanıyor. Kibo toplam 6 ana unsura sahiptir. Ana unsurlardan JEM-RMS, Ana Kol (MA) ve Küçük İnce Kol (SFA) olmak üzere iki robot koldan oluşur .

Kibo’nun robot kolu, Japon Deney Modülü Uzaktan Manipülatör Sistemi (JEMRMS), Kibo’nun Açık Tesisi (EF) üzerinde gerçekleştirilecek deneyleri desteklemek veya Kibo’nun bakım görevlerini desteklemek için tasarlanmış bir robotik manipülatör sistemidir. On metre uzunluğundaki Ana Kol, büyük nesneleri tutar (kavrar ve hareket ettirir), iki metre uzunluğundaki Küçük İnce Kol ise daha küçük nesneleri tutar.

Avrupa Robotik Kolu (ERA)

ERA, yukarıda bahsettiğimiz robot kolların Rusya kısmına ulaşamaması ve hizmet verememesinden dolayı Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ve Rusya Federal Uzay Ajansı (ROSCOSMOS) iş birliğinde geliştirilmiştir. ERA’nın öne çıkan özellikleri ise bir insan koluna oldukça çok benzemesidir. Dirseği, omuzları ve hatta bilekleri vardır. Avrupa Robotik Kolu (ERA), Uluslararası Uzay İstasyonunun Rusya bölümünde ‘yürüyebilen’ ilk robottur.

ERA’nın başlıca özellikleri:

• ERA’nın 11 m’lik yapısı 8 tonluk faydalı yükleri manevra edebilir. 
• Tamamen programlanabilir, gerçek bir otonom robottur.
• Mürettebat tarafından Uzay İstasyonunun içinden ve dışından çalıştırılabilir.
• 5 mm hassasiyetle teleoperasyon yapar.
• Uzayın tehlikeleriyle baş edebilecek şekilde tasarlanmıştır. 
• Kol tersine çevrilebilir; el omuza omuz da ele dönüşebilir.

ERA, Uzay İstasyonunun Rusya Segmentinin elemanlarının kurulumu, konuşlandırılması ve değiştirilmesi, Rusya Segmentinin incelenmesi, EVA kozmonotlarının desteklenmesi/transferi, Yörünge Değiştirme Birimlerinin transferi ve diğer montaj görevlerini üstleniyor. Kol, elektronik ve kameralarla birlikte 2 Uç Efektörü, 2 Bilek, 2 Uzuv ve 1 Dirsek ekleminden oluşur. Her iki uç da robot için bir “el” ya da robotun çalışabileceği taban görevi görüyor.

Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) bünyesindeki en gelişmiş robot kolları inceledik. Bunlar uzay alanında kullanılan robot kolların oldukça gelişmiş olan küçük bir kısmıdır. Yazının en altındaki kullanılan kaynaklar kısmından daha fazlasına ulaşabilirsiniz. Şimdi keşif robotlarını keşfedebiliriz

Keşif robotlarına geçmeden önce ISS’te astronotların yardımcı robotları Astrobee ile tanışmaya ne dersiniz?

*Ekstra: Astronotların Dostu Astrobee Nedir?

İnsanların ev işlerinde robotlara ihtiyaç duyduğu gibi astronotlar da ISS’te yardımcı robotlara ihtiyaç duyuyor. Uzay istasyonunda astronotların çalışma saatlerinin optimizasyonu ve verimi oldukça önemlidir. Verimi yükseltmek için bazı görevlerde robotların kullanılması oldukça faydalı olacaktır.

NASA’nın yeni serbest uçan robot sistemi Astrobee, astronotların rutin görevlere harcadıkları zamanı azaltmalarına yardımcı olacak ve yalnızca insanların yapabileceği şeylere daha fazla odaklanmalarını sağlayacak. Uçuş kontrolörleri veya araştırmacılar tarafından otonom olarak veya uzaktan kumandayla çalışan robotlar, envanter çıkarma, astronotların dahili kameralarıyla gerçekleştirdiği deneyleri belgeleme veya kargoyu istasyon boyunca taşımak gibi görevleri tamamlamak üzere yeryüzündeki istasyonla ortak çalışmak üzere tasarlandı. Astrobee‘yi yakından tanımak için aşağıdaki video oldukça faydalı olacaktır.

İlginizi Çekebilir : Astronotların ISS’te Bir Günü Nasıl Geçer?

Buna ek olarak sistem, mikro yerçekiminde deneyler yürütmek üzere donatılabilen ve programlanabilen bir araştırma platformu görevi görüyor ve robot teknolojisinin uzaydaki astronotlara nasıl fayda sağlayabileceği hakkında daha fazla bilgi edinmemize yardımcı oluyor.

Astrobee sistemi küp şeklinde üç robot, yazılım ve şarj için kullanılan bir yerleştirme istasyonundan oluşuyor. Robotlar, istasyonun mikro yerçekimi ortamında serbestçe uçmalarını sağlayan bir tahrik sistemi olarak elektrikli fanlar kullanıyor. Kameralar ve sensörler onların çevrelerini “görmelerine” ve gezinmelerine yardımcı olur. Robotlar ayrıca, enerji tasarrufu sağlamak veya eşyaları yakalayıp tutmak için istasyon korkuluklarını kavramalarına olanak tanıyan bir tüneme kolu da taşıyor.

Astrobee ,on yılı aşkın bir süredir istasyonda bulunan SPHERES robotlarından (Senkronize Konum Tutma, Etkinleştirme, Yeniden Yönlendirme, Deneysel Uydu’nun kısaltması) öğrenilen miras ve dersler üzerine inşa edilmiştir. Astrobee sistemi, Uluslararası Uzay İstasyonunda kullanılmak üzere NASA’nın Silikon Vadisi‘ndeki Ames Araştırma Merkezi’nde tasarlanıp ve inşa edilmiştir. Proje, NASA’nın Uzay Teknolojisi Misyon Direktörlüğü bünyesindeki Oyunun Kurallarını Değiştiren Geliştirme programı ve İnsan Keşif ve Operasyon Misyon Direktörlüğü’nün bir parçası olan Gelişmiş Keşif Sistemleri programı tarafından finanse edilmiştir.

2-Keşif Robotları & Araçları

Robotlar, NASA‘nın güneş sistemini ve evreni keşfetmesine yardımcı oluyor. Ay veya Mars gibi diğer dünyaları keşfeden uzay araçlarının tümü bunlara örnek verilebilir. Bu robotlar, diğer gezegenlerin yüzeyindeki gezicileri ve iniş araçlarını içerir. Mars gezicileri Spirit ve Opportunity bu tür robotlara örnektir. Diğer robotik uzay araçları diğer dünyaların yanından uçar veya yörüngesinde döner ve onları uzaydan inceler. Satürn‘ü, uydularını ve halkalarını inceleyen uzay aracı Cassini bu tür bir robottur. Şu anda Dünya’nın güneş sisteminin dışında seyahat eden Voyager ve Pioneer uzay araçları da robotlardır.

Uzay istasyonundaki robot kolların aksine bu robotlar otonomdur. Otonomluk, kendi başlarına çalışabilecekleri anlamına gelir. İnsanların gönderdiği komutları yerine getirirler. İnsanlar uzay araçlarına mesaj göndermek için bilgisayarları ve güçlü antenleri kullanıyor. Robotların ise mesajları alan ve onlara ne yapacaklarını söyleyen komutları bilgisayarlarına aktaran antenleri vardır. Daha sonra robot komutları takip edecek ve görevi otonom bir şekilde gerçekleştirecektir.

Bu keşif robotlarından birkaç tanesini yakından tanımayalım.

İkiz Jeologlar Spirit ve Opportunity

Spirit and Opportunity, 2004 yılında Mars’a indi. Her iki gezici de planladıkları 90 günlük görevlerin çok ötesinde yaşadı. Opportunity, Mars’ta yaklaşık 15 yıl çalıştı ve kilometre sayacına en fazla kilometre kat ederek sürüş rekorunu kırdı.

Mars Keşif Gezicileri için en büyük bilim sorusu, Mars’taki geçmiş su aktivitesinin zaman içinde kızıl gezegenin çevresini nasıl etkilediğidir. Bugün Mars yüzeyinde sıvı su bulunmamakla birlikte, Mars’taki geçmiş su aktivitesinin kaydı kayalarda, minerallerde ve jeolojik yer şekillerinde, özellikle de yalnızca suyun varlığında oluşabilenlerde bulunabilir. Bu nedenle geziciler, Mars’taki geçmiş su aktivitesine dair ipuçları tutabilecek çeşitli kaya ve toprak koleksiyonunu incelemek için özel olarak araçlarla donatılmıştır.

İkiz jeologlar Spirit ve Opportunity şu çarpıcı kanıtları buldular:

• Uzun zaman önce Mars daha ıslaktı.
• Eğer mevcut olsaydı, Mars’taki koşullar mikrobiyal yaşamı sürdürebilirdi.

Görev bilim adamları, gezicilerden elde edilen verilerle, Mars’ın sular altında olduğu eski bir geçmişi yeniden kurguladılar. Spirit ve Opportunity’nin her biri, muhtemel mikrobiyal yaşamı destekleyebilecek geçmiş ıslak koşullara dair kanıtlar buldu.

Opportunity ve Spirit’in Bilimsel Araçları Nelerdir?

Bilim araçları, Mars ortamı hakkında bilgi toplayan son teknoloji araçlardır.

Kameralar

• Panoramik Kamera (Pancam)
• Mikroskobik Görüntüleyici (MI) Ayrıca mühendislik kameralarına : Hazcam’ler ve Navcam’ler

Spektrometreler

• Minyatür Termal Emisyon Spektrometresi (Mini-TES)
• Mössbauer Spektrometresi (MB)
• Alfa Parçacık X-Işını Spektrometresi (APXS)

Öğütücü

• Kaya Aşındırma Aleti (RAT)

Mıknatıslar

• Mıknatıs Dizisi

Opportunity Hakkındaki Son Güncelleme: Mars’ta gezegeni çevreleyen bir toz fırtınasının ortasında, 10 Haziran 2018 bu yana Opportunity’den hiçbir yanıt alınmadı. Son bağlantı iletimiyle (12 Şubat 2019), gezici kurtarma çalışmaları tamamlandı. Opportunity görevini tamamlandı.

Spirit Hakkındaki Son Güncelleme: Geziciden bir yanıt almak amacıyla kurtarma çabasının bir parçası olarak Spirit’e 1.300’den fazla komut gönderildi. 22 Mart 2010’dan bu yana Spirit’ten hiçbir iletişim alınmadı. Proje, Spirit kurtarma çalışmalarını 25 Mayıs 2011’de tamamladı.

Mars 2020 Perseverance Rover Aracı

Mars Perseverance gezici misyonu , Kızıl Gezegenin robotik keşfine yönelik uzun vadeli bir çaba olan NASA’nın Mars Keşif Programının bir parçasıdır . Mars Perseverance misyonu, Mars’taki yaşam potansiyeline ilişkin önemli sorular da dahil olmak üzere, Mars keşfi için yüksek öncelikli bilim hedeflerine hitap ediyor. Misyon, bir sonraki adımı sadece Mars’ta eski geçmişteki yaşanabilir koşulların işaretlerini aramakla kalmayıp, aynı zamanda geçmişteki mikrobiyal yaşamın işaretlerini de arayarak atıyor. 

Perseverance aracını yakından tanımak için aşağıdaki video oldukça faydalı olacaktır.

Mars Perseverance gezgini, en umut verici kaya ve topraklardan çekirdek örnekleri toplayabilen ve bunları Mars yüzeyinde bir “önbelleğe” koyabilen bir matkap sunuyor. 

Misyon ayrıca, gelecekte Mars’a yapılacak insanlı keşif gezilerinin zorluklarını ele alan bilgi toplama ve teknolojileri gösterme fırsatları da sunuyor. Bunlar arasında Mars atmosferinden oksijen üretmeye yönelik bir yöntemin test edilmesi, diğer kaynakların (yeraltı suyu gibi) belirlenmesi, iniş tekniklerinin iyileştirilmesi ve Mars’ta yaşayan ve çalışan gelecekteki astronotları etkileyebilecek hava durumu, toz ve diğer potansiyel çevre koşullarının karakterizasyonu yer alıyor.

Mars 2020 Perseverance Rover Aracı’nın Bilimsel Araçları Nelerdir?

Bilim araçları, Mars jeolojisi, atmosferi, çevre koşulları ve potansiyel biyolojik imzalar hakkında bilgi edinmek için kullanılan son teknoloji araçlardır.

Mastcam-Z: Mastcam-Z, Perseverance gezicisinde yakınlaştırma işleviyle donatılmış, direğe monteli kamera sisteminin adıdır. Mastcam-Z, uzaktaki nesnelerin detaylı incelenmesine olanak sağlamak için yakınlaştırma yapabilen, odaklanabilen ve yüksek hızda 3 boyutlu fotoğraf ve video çekebilen kameralara sahiptir.

MEDA: Mars Çevresel Dinamik Analizörü MEDA olarak bilinir. Rüzgâr hızı ve yönü, sıcaklık ve nem dahil olmak üzere hava durumu ölçümleri yapıyor ve ayrıca Mars atmosferindeki toz parçacıklarının miktarını ve boyutunu da ölçüyor.

PIXL: X-ışını Litokimyası için Gezegensel Enstrümana PIXL adı verilir. PIXL’in X-ışını spektrometresi adı verilen bir aracı vardır. Kimyasal elementleri çok küçük ölçekte tanımlar. PIXL’de ayrıca kaya ve toprak dokularının süper yakın fotoğraflarını çeken bir kamera da bulunuyor. Bir tuz tanesi kadar küçük özellikleri görebilir! Bu bilgiler bir araya gelerek bilim adamlarının Mars’ta geçmişteki mikrobiyal yaşamın işaretlerini aramasına yardımcı oluyor.

MOXIE: Mars Oksijen Yerinde Kaynak Kullanımı Deneyi veya MOXIE, NASA’nın Mars’ın insanlı keşfine hazırlanmasına yardımcı oluyor. MOXIE, gelecekteki kaşiflerin yakıt yakmak ve nefes almak için Mars atmosferinden oksijen üretmesinin bir yolunu test edecek.

RIMFAX: RIMFAX olarak bilinen Mars’ın Yeraltı Deneyi için Radar Görüntüleyici, gezicinin altındaki zemini araştırmak için radar dalgalarını kullanıyor.

SHERLOC: Organikler ve Kimyasallar için Raman ve Lüminesans ile Yaşanabilir Ortamların Taranması’nın bir takma adı vardır: SHERLOC. Gezicinin robot koluna monte edilen SHERLOC, sulu ortamlar tarafından değiştirilen ve geçmiş mikrobiyal yaşamın işaretleri olabilecek organik maddeleri ve mineralleri aramak için kameralar, spektrometreler ve lazer kullanıyor. SHERLOC, siyah beyaz bağlam kamerasına ek olarak, kaya tanelerinin ve yüzey dokularının yakın plan görüntülerini çekmeye yönelik renkli bir kamera olan WATSON tarafından da destekleniyor.

SuperCam: Perseverance gezginindeki SuperCam, Mars’taki geçmiş yaşamla ilgili olabilecek kimyasal maddeleri aramak için kayaları ve toprağı bir kamera, lazer ve spektrometrelerle inceliyor. Mars’taki bir kalem ucu kadar küçük alanların kimyasal ve mineral yapısını 20 feet’ten (7 metre) daha uzak bir mesafeden tespit edebiliyor.

25 Eylül 2023 itibariyle uzayda yaklaşık 1000 günü geride bırakan Perseverance aracının Mars’ta kaç gün saat ve dakika geçirdiğini ayrıca Mars’ın anlık olarak hangi bölgesinde bulunduğunu buraya tıklayarak NASA’nın resmi sitesi üzerinden takip edebilirsiniz.

Doğadan ilham alan uzaylı robot kol ve keşif araçlarını incelediğimiz bu yazımızda bahsedilen robotların çok daha fazlasına alt kısımdaki Kullanılan Kaynaklar bölümünden ulaşabilirsiniz.

---

Kullanılan Kaynaklar

1- mars.nasa.gov
2- www.esa.int
3- global.jaxa.jp
4- www.nasa.gov
5- www.jpl.nasa.gov
6- mibellebiochemistry.com
7- www.canada.ca/en.html