EPFL ve New York Üniversitesi araştırmacıları, farklı boyutlarda üretildiğinde balığa benzer yüzme hareketini koruyan ScaFi adlı bir robot geliştirdi. Yaklaşık 60 santimetre, 1,1 metre ve 2,9 metre uzunluğundaki üç prototip sığ derelerden Cenevre Gölü’ne uzanan ortamlarda denendi. Ancak deneyler, boyut büyüdükçe enerji verimliliğini korumanın hâlâ önemli bir sorun olduğunu gösterdi.
Su altı araştırmalarında kullanılan pervaneli araçlar, araştırmacılara geniş alanları gözlemleme imkânı sağlıyor. Ne var ki dönen pervaneler bitkilere takılabiliyor, dipteki tortuyu kaldırabiliyor ve incelenmek istenen canlıları ürkütebiliyor. Balıkların gövdelerini ve kuyruklarını hareket ettirerek yüzmesinden esinlenen robotlar bu tür ortamlar için bir seçenek sunuyor. Bu robotların çoğu ise belirli bir boyuta göre tasarlandığından, farklı büyüklükte bir modele ihtiyaç duyulduğunda tasarımın yeniden ele alınması gerekiyor.
İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Lozan (EPFL) ile New York Üniversitesi (NYU) araştırmacılarının geliştirdiği ScaFi, bu güçlüğe odaklanıyor. Adı Scalable Fish ifadesinden gelen robotun amacı, aynı temel mekanik tasarımın farklı uzunluklarda kullanılabilmesi. Araştırma, npj Robotics dergisinde yayımlandı.
Hareketin sırrı esnek kuyrukta
ScaFi’nin ön bölümü sert, kuyruğu ise cam elyaf çubuklarla oluşturulmuş esnek bir yapıya sahip. Tek bir motor, kuyruğun ucuna yakın noktada çaprazlaşan iki kabloyu çekiyor. Böylece kuyruk S biçiminde bükülüyor ve balığa benzer bir yüzme hareketi ortaya çıkıyor.
Araştırmacıların çözümü, robotun boyuna göre kuyruktaki cam elyaf çubukların kalınlığını ayarlamak. Robot büyüdüğünde çubuklar da belirlenen ölçekleme hesabına göre kalınlaştırılıyor. Bu sayede farklı uzunluktaki modellerin kuyrukları benzer biçimde bükülebiliyor; motorla çalışan temel hareket düzeni ise aynı kalıyor.
Çalışmanın ilk yazarı Nana Obayashi, bir dereyi ve bir gölü izlemek için bugün çoğu zaman baştan tasarlanıp sınanmış iki ayrı robota ihtiyaç duyulduğunu belirtiyor. ScaFi ile araştırmacılar, farklı su ortamlarına uyarlanabilecek ortak bir tasarım yöntemi ortaya koymayı hedefliyor.
Üç boyut, farklı su ortamları
Ekip yaklaşık 0,6, 1,1 ve 2,9 metre uzunluğunda üç prototip üretti. Laboratuvar deneylerinde küçük robotun kuyruğunun arkasında oluşturduğu su girdapları incelendi. Ölçümler, bu hareketin gerçek balıkların yüzüşüyle ilişkilendirilen girdap örüntülerine benzediğini gösterdi. Üç modelin yüzme hareketleri, gövde boyları hesaba katılarak karşılaştırıldığında da birbirine yakın bir düzen sergiledi.
Robotlar laboratuvar dışında da denendi. Küçük model 15–30 santimetre derinliğindeki derelerde, orta boy model İsviçre’deki bir akarsuda, en büyük model ise Cenevre Gölü’nde yüzdürüldü. Akarsu denemesinde orta boy robot, GPS bağlantısı kesildiğinde de yüzmeye devam etti.
Bu sonuçlar, aynı tasarım yaklaşımının yaklaşık beş kat uzunluk farkına rağmen balığa benzer kuyruk hareketini koruyabildiğini gösteriyor. Ancak bu, bütün modellerin aynı hızda ya da aynı enerji verimliliğiyle yüzdüğü anlamına gelmiyor.
Büyümek enerji sorununu çözmüyor
Araştırmanın önemli sınırı en büyük prototipte ortaya çıktı. Küçük ve orta boy robotların enerji kullanımı birbirine daha yakınken 2,9 metrelik model belirgin biçimde daha düşük verimlilik gösterdi ve diğerlerinden farklı, daha güçlü bir motora ihtiyaç duydu. Araştırmacılar su direnci ile eylemsizliğin bunda rol oynayabileceğini düşünüyor; kesin nedeni ise henüz belirlemiş değiller.
Boyut, robotların dengesi ve çevikliğini de etkiledi. En küçük model daha kolay manevra yaparken dışarıdan gelen bir darbeyle yönü bozulduğunda toparlanması daha uzun sürdü. Büyük modeller daha az çevik, ancak bu tür etkilere karşı daha kararlıydı.
ScaFi çalışması, farklı su ortamları için robot balık geliştirirken her boyutta tasarıma sıfırdan başlama ihtiyacını azaltabilecek bir yöntem sunuyor. Araştırmanın gösterdiği başarı, yüzme hareketinin ölçeklenmesinde; daha büyük robotlarda aynı enerji verimliliğinin sağlanması ise çözülmeyi bekleyen bir mühendislik sorusu.
