Hamamböcekleri insan gibi koşuyor!
Güncelleme Tarihi:
Oluşturulma Tarihi: Ağustos 16, 2004 00:01
Hızla hareket eden bir hamamböceğinin, arka bacakları üzerinde eğilip bir insan gibi koştuğunu bilir miydiniz? Hayatlarını hamamböceklerini inceleyerek geçiren bilim adamları, çok ilginç bulgulara ulaşıyor ve çok bacaklı beyinsiz robotlar üretiyor.
Hayatı hamamböcekleri arasında geçen bilim adamı Robert Full, Kaliforniya Üniversitesi'nde biyomekanik profesörü. Poly-PEDAL Laboratuvarı'nın direktörü; yaşamını hayvanların hareketlerini çalışarak genel prensipler çıkarmaya adadı. (Polypedal, çok ayaklı demek ve PEDAL, performans, enerjik ve hayvan hareketlerinin dinamiği kelimelerinin kısaltılmışı)
Ekibi, örneğin kertenkelelerin ayak başparmakları üzerindeki kılları sayıyor ve çok bacaklı beyinsiz robotlar yapıyor. Hamamböcekleri, kırkayaklar ve küçük işler peşinde koşan diğer organizmaları filme alıyor. Ve en yüksek hızla hareket eden bir hamam böceğinin, arka bacakları üzerinde eğildiğini ve bir insan gibi koştuğunu keşfetti.
Poly-PEDAL ekibi, bir haşerenin her küçük adımının tam kuvvetini, yerini ve zamanını ölçebilen yüksek hızlı videoyla donatılmış bir haşere pisti inşa etti. Platform, iki kutuplu filtreler arasına sıkıştırılmış fotoelastik bir madde ve üç katman üzerinde parlayan bir ışıktan oluşuyordu. Bir hamamböceği sahne üzerinde yürütüldü. Bacakları, küçük ama önemli bir dereceye kadar maddenin biçimini bozuyordu.
Yürümek bir zıplama
Bir hamamböceğinin- aslında her çeşit bacağın, bir yay çubuğundan başka birşey olmadığını anlaşıldı. Eğer herhangi bir adım boyunca sarfettiği kuvvetin grafiği çıkartılsa, sonuç bir sinüs dalgası gibi görünür: İtme sırasında maksimuma çıkarken, ayak havada süzüldüğü sırada sıfıra düşer ve sonra yere inme ve tekrarlar sırasında negatif olur.
Bir adım sadece bir zıplama. Yürümek ya da koşmak, denge için bir yaydan diğerine doğru odaklanmış bir zıplama sorunu.
Köpekler de aslında iki bacak üstünde zıplar, hamamböcekleri (ve şaşırtıcı bir şekilde kırkayaklar da) 3 bacak üstünde, yengeçler ise 4 ayak üstünde zıplar.
Bu kuralın evrensel ve matematiksel olarak modellenmesi çok basit. Full'un robot videoları, A Bug's Life (Bir Böceğin Yaşamı) adlı animasyon filmindeki haşerelerin hareketlerine ilham oldu.
Pek çok robot, tekerlekli hareket ediyormuş gibi tasarlanıyor. Dengede durmaları için en az üç bacağı yerde tutuluyor. Ama gerçek bacaklar böyle çalışmaz. Hayvanlar dinamik bir şekilde dengelidir.
Şaşırtıcı benzerlik
Hayvanlar aleminde her bacak hemen hemen aynı sertliktedir. Full, yürüdüğü ya da koştuğu zaman bütün organizmaların aynı oranda mekanik enerji üretiklerini buldu: yaklaşık 1 kiloluk vücut ağırlığını 100 cm hareket ettirmek için 1 jul enerji. Full diyor ki, ‘Bu, herşey için aynı. Köpekler. Hamamböcekleri. Siz. Bu çılgınca bir şey''.
Kısacası Full'un hamamböceği çalışması, doğal bir noktayı ortaya koydu: Herhangi bir kol ya da bacağın hareketi için ideal, hesaplaması kolay bir esneklik. Bu bulguyla, ilk verimli yürüyen robotu dizayn etmek için kolları sıvadı.
6 bacak üzerinde zıplayan, ekmek kutusu gibi hareket eden ilk dev mekanik hamamböceği, Rhex'i yapmaya devam etti.
Rhex'in dokunma duyuları, geri bildirim mekanizması, yüzme yeteneği programı ve fiziksel dünya algılaması yoktu -sadece 6 zıplayan bacak.
Yine de harika çalışıyor ve tökezlemeden zor bölgeleri geçiyordu. Onun ilginç bir şekilde, kendini dengede tutabilmesi için sinirsel dalgalara ihtiyacı yoktu, özgür bir zıplama ürünüydü. ‘Mekanik biçimde yaratıldı''.
Beyin gerekmiyor
Full, haşerelerin benzer nedenlerle dengede durabildiklerini öne sürüyor. Laptopunda düz olmayan blokların yer aldığı bir alanda yarışan hamamböceklerinin videosu var. ‘Bu alan üzerinde nasıl koşuyorlar? Yavaşlamıyorlar bile. Herşeyi beyinleri aracılığıyla mı hissediyorlar? Olamaz. Çok hızlı''.
Teorisini test etmek için, canlı hamamböceğini kobay olarak kullandı. Böceğin, dengesini 10 salsiyeden daha az bir süre içinde tekrar kazandığını görünce şaşırdı- herhangi bir sinirsel refleksten daha hızlı. Beyin, vücut dengesi üzerinde herhangi bir enerji harcamıyordu. Hamamböceği hiç düşünmeden ayakta dümdüz durabiliyordu.
Çünkü beynin dengeyi gözlemlemesine gerek yok, böcekler yüksek performans aktivitelerini gerçekleştirme konusunda özgürler, nerede olduğunu hisetmek ve rotasını çizmek gibi. ‘Duyargaların ihtiyacı olan tek şey genel bir komut. Bacaklarıyla konuşmak zorunda değiller'' diyor.
Full, duyargası ve basit bir yön doğrulama algoritması olan 6 bacaklı küçük bir robot olan Sprawl'u yarattı, sonra Massachusetts'li iRobot firmasıyla yaptığı işbirliğiyle yaratılan yengeç benzeri bir robot, Ariel geldi. DISCOVER, Temmuz 2004 sayısında yayımlanan bu araştırmaya göre, Ariel, 6 bacaklı, hem karada hem de suda yaşayabilen ve sığ, engebeli dalgalarda dengede durabilen ilk robot. Ariel sualtı madenlerini bulmak gibi görevlerde kullanılacak.
Ekibi, örneğin kertenkelelerin ayak başparmakları üzerindeki kılları sayıyor ve çok bacaklı beyinsiz robotlar yapıyor. Hamamböcekleri, kırkayaklar ve küçük işler peşinde koşan diğer organizmaları filme alıyor. Ve en yüksek hızla hareket eden bir hamam böceğinin, arka bacakları üzerinde eğildiğini ve bir insan gibi koştuğunu keşfetti.
Poly-PEDAL ekibi, bir haşerenin her küçük adımının tam kuvvetini, yerini ve zamanını ölçebilen yüksek hızlı videoyla donatılmış bir haşere pisti inşa etti. Platform, iki kutuplu filtreler arasına sıkıştırılmış fotoelastik bir madde ve üç katman üzerinde parlayan bir ışıktan oluşuyordu. Bir hamamböceği sahne üzerinde yürütüldü. Bacakları, küçük ama önemli bir dereceye kadar maddenin biçimini bozuyordu.
Yürümek bir zıplama
Bir hamamböceğinin- aslında her çeşit bacağın, bir yay çubuğundan başka birşey olmadığını anlaşıldı. Eğer herhangi bir adım boyunca sarfettiği kuvvetin grafiği çıkartılsa, sonuç bir sinüs dalgası gibi görünür: İtme sırasında maksimuma çıkarken, ayak havada süzüldüğü sırada sıfıra düşer ve sonra yere inme ve tekrarlar sırasında negatif olur.
Bir adım sadece bir zıplama. Yürümek ya da koşmak, denge için bir yaydan diğerine doğru odaklanmış bir zıplama sorunu.
Köpekler de aslında iki bacak üstünde zıplar, hamamböcekleri (ve şaşırtıcı bir şekilde kırkayaklar da) 3 bacak üstünde, yengeçler ise 4 ayak üstünde zıplar.
Bu kuralın evrensel ve matematiksel olarak modellenmesi çok basit. Full'un robot videoları, A Bug's Life (Bir Böceğin Yaşamı) adlı animasyon filmindeki haşerelerin hareketlerine ilham oldu.
Pek çok robot, tekerlekli hareket ediyormuş gibi tasarlanıyor. Dengede durmaları için en az üç bacağı yerde tutuluyor. Ama gerçek bacaklar böyle çalışmaz. Hayvanlar dinamik bir şekilde dengelidir.
Şaşırtıcı benzerlik
Hayvanlar aleminde her bacak hemen hemen aynı sertliktedir. Full, yürüdüğü ya da koştuğu zaman bütün organizmaların aynı oranda mekanik enerji üretiklerini buldu: yaklaşık 1 kiloluk vücut ağırlığını 100 cm hareket ettirmek için 1 jul enerji. Full diyor ki, ‘Bu, herşey için aynı. Köpekler. Hamamböcekleri. Siz. Bu çılgınca bir şey''.
Kısacası Full'un hamamböceği çalışması, doğal bir noktayı ortaya koydu: Herhangi bir kol ya da bacağın hareketi için ideal, hesaplaması kolay bir esneklik. Bu bulguyla, ilk verimli yürüyen robotu dizayn etmek için kolları sıvadı.
6 bacak üzerinde zıplayan, ekmek kutusu gibi hareket eden ilk dev mekanik hamamböceği, Rhex'i yapmaya devam etti.
Rhex'in dokunma duyuları, geri bildirim mekanizması, yüzme yeteneği programı ve fiziksel dünya algılaması yoktu -sadece 6 zıplayan bacak.
Yine de harika çalışıyor ve tökezlemeden zor bölgeleri geçiyordu. Onun ilginç bir şekilde, kendini dengede tutabilmesi için sinirsel dalgalara ihtiyacı yoktu, özgür bir zıplama ürünüydü. ‘Mekanik biçimde yaratıldı''.
Beyin gerekmiyor
Full, haşerelerin benzer nedenlerle dengede durabildiklerini öne sürüyor. Laptopunda düz olmayan blokların yer aldığı bir alanda yarışan hamamböceklerinin videosu var. ‘Bu alan üzerinde nasıl koşuyorlar? Yavaşlamıyorlar bile. Herşeyi beyinleri aracılığıyla mı hissediyorlar? Olamaz. Çok hızlı''.
Teorisini test etmek için, canlı hamamböceğini kobay olarak kullandı. Böceğin, dengesini 10 salsiyeden daha az bir süre içinde tekrar kazandığını görünce şaşırdı- herhangi bir sinirsel refleksten daha hızlı. Beyin, vücut dengesi üzerinde herhangi bir enerji harcamıyordu. Hamamböceği hiç düşünmeden ayakta dümdüz durabiliyordu.
Çünkü beynin dengeyi gözlemlemesine gerek yok, böcekler yüksek performans aktivitelerini gerçekleştirme konusunda özgürler, nerede olduğunu hisetmek ve rotasını çizmek gibi. ‘Duyargaların ihtiyacı olan tek şey genel bir komut. Bacaklarıyla konuşmak zorunda değiller'' diyor.
Full, duyargası ve basit bir yön doğrulama algoritması olan 6 bacaklı küçük bir robot olan Sprawl'u yarattı, sonra Massachusetts'li iRobot firmasıyla yaptığı işbirliğiyle yaratılan yengeç benzeri bir robot, Ariel geldi. DISCOVER, Temmuz 2004 sayısında yayımlanan bu araştırmaya göre, Ariel, 6 bacaklı, hem karada hem de suda yaşayabilen ve sığ, engebeli dalgalarda dengede durabilen ilk robot. Ariel sualtı madenlerini bulmak gibi görevlerde kullanılacak.