Kolları kaslı robotlar ilk bilek yarışında genç bir kıza yenildi!
Güncelleme Tarihi:
Oluşturulma Tarihi: Mart 25, 2006 00:00
17 yaşındaki bir kızla kas yapılı kolları olan 3 farklı robot, bilek güreşine tutuştu ve üçü de yenildi.. Ancak bu yarışma, robotların, bir gün insan kol ve bacaklarının, hatta organlarının yerini alması yolunda büyük bir adım sayılıyor.
Bilek güreşi yarışmaları, bugüne kadar böyle bir maça hiç tanık olmamıştı. İlki 1952 yılında Kaliforniya’da düzenlenen resmi bilek güreşi müsabakasından bugüne karşılaştığımız yarışmacılar, hep kocaman kaslara sahip iri yarı adamlardı.
Ancak geçen yıl yapılan yarışmada, televizyon kameralarına 17 yaşında incecik bir kız takıldı. Panna Felsen’in bu yarışmaya katılması gerçekten çok şaşırtıcıydı. Ama daha da şaşırtıcı olan başka bir şey vardı: Felsen’in rakibi.
Yarışma saati yaklaştıkça kalabalık, otelin salonunu doldurmaya, gazeteciler de genç kızın etrafını çevirmeye başlamıştı. Daha sonra Felsen özel destekli masaya geldi, dirseğini yerleştirdi ve rakibinin elini, yani beyaz, plastik bir kolu kavradı.
İnsanla bir robot arasındaki ilk bilek güreşi müsabakası, San Diego’da düzenlenirken, bilim dünyasında da önemli bir adım atılıyordu. Kol, belki biraz bowling kukasına benziyordu, ama önemli olan yaptığı hareketlerdi.
Felsen’in tuttuğu kol ve beraberindeki sistemin bir vitesi, mili, mil dirseği veya hareket eden herhangi bir metal parçası yoktu. Dünya üzerinde elektrik motoru kullanarak hareket eden milyonlarca diğer makineden ayrılıyordu. Felsen’in karşısındaki bu kol, tamamen bir plastik yardımıyla oynatılıyordu.
![/images/100/0x0/55eaaa63f018fbb8f88ee9ed]()
Özellikleri çok
Kolları yönlendiren şey, elektroaktif polimer adında bir maddeydi. Aslında çok da bilinmeyen bu polimerin pek çok ilginç özelliği de bulunuyor. Elektrik veya kimyasallarla uyarıldığında hareket ediyor. Genişliyor, kasılıyor, kıvrılıyor; ileri geri, yukarı aşağı hareket ediyor.
Ayrıca kıvrak, dayanıklı, atik, güçlü ve sessiz. Bu özelliklerin tümü, insan kaslarında da bulunduklarından elektroaktif polimerlere "yapay kas" da deniyor.
Yapay kas fikrine sıcak bakan, Pasadena’daki Jet Propulsion Laboratuarı’ndan fizikçi Yoseph Bar-Cohen, hareket üreten ucuz, hafif, kıvrak ve güçlü cihazların, gelecekte askeri teknolojilerde, uzay araçlarında ve tıbbi cihazlarda kullanılacağını öne sürüyor.
Yapay kas projesinin önde gelen isimlerinden, SRI International şirketinden Roy Kornbluh da, bu maddelerin, etrafımızı saran milyarlarca elektrikli motorun yerini alacağı tahmininde bulunuyor.
Mühendisler, çoktan yapay kasla güçlendirilen cihazlar üretmeye başladı bile; dizdeki sakatlıkları önleyen destekler, vücuda ilacı aktaracak küçük pompalar ve yılan gibi kıvrılan, kuş gibi uçan, çekirge gibi sıçrayan robotlar gibi.
![/images/100/0x0/55eaaa63f018fbb8f88ee9ef]()
Hedef "gerçek kas"
Tüm bu cihazları yaratmanın ardındaysa bambaşka bir hedef yatıyor: gerçek olanı yaratmak. Bar-Cohen, "Bu maddeyle, gerçek kaslara hiç olmadığımız kadar yaklaştık" diyor. İnsanın vücuduna yerleştirilebilen veya eklenebilen çok çeşitli tıbbi cihazlar üzerinde araştırmalar başladı bile.
Bunlar arasında, yapay kasla güçlendirilen protezler, iyi çalışmayan kalplere destek çıkan pompalama cihazları, idrar tutamamayı tedavi edecek üriner sfinkter ve solunuma yardımcı olan yapay diyafram yer alıyor.
Bilim adamları, bu çalışmaların belki de çok daha ileriki bir aşamasında, vücuttaki kasların yerini alacak veya bu kasları çoğaltacak plastiklerin geliştirileceğini tartışıyor.
Yoseph Bar-Cohen, bundan altı yıl önce ortaya zorlu bir proje attı; dünyanın en güçlü bilek güreşçisini bile yenecek kuvvette bir robot kolun yaratılmasını istedi.
Meraklı öğrenci![/images/100/0x0/55eaaa63f018fbb8f88ee9f1]()
Ancak bunun gerçekleşmesi için o kadar çok beklemek istemiyordu; "En azından bir lise öğrencisini yensin" dedi.
Kurallar şöyleydi: robot kol, ışık yakıp söndürme, titreme veya gürültü çıkarma gibi karşısındakini rahatsız edecek herhangi bir harekette bulunmayacaktı. Kazanmak için de, insan kolunu yere yatırdıktan sonra, ilk başladığı pozisyona dönebilmeliydi.
San Diego’da yapılan yıllık bilim konferansında, üç ekip böyle bir cihazı geliştirdiğini açıkladı.
Toplantıların ardından, hemen binanın yanı başındaki La Costa Lisesi son sınıf öğrencisi Panna Felsen, rakibinin karşısına geçti. (Bar-Cohen’in, bu genç kızı seçmesinin nedeni, okulunda bir mühendislik grubu oluşturması ve eğlenmek amacıyla basit robotlar yapmasıydı.) Bar-Cohen, kalabalığı susturarak, "Başlayın!" diye bağırdı.
Bir kasın gücü
Eski bir şampiyon da Felsen’e taktik vermek için oradaydı. Masanın kenarına eğildi, "Daha yakınlaş. Ayak parmaklarının ucuna yüksel", dedi. Robotsa hareket etmiyordu. "Daha güçlü it", diye bağırdı eski şampiyon. Felsen’in yüzü ise, kararlı bir ifadeye bürünürken kendisi de kolu aşağı indirmek için büyük güç sarf ediyordu.
Bir biyomühendise kas hakkında ne bildiğini sorarsanız, size önce uzun övgüler sıralar, ardından da özelliklerini içeren upuzun bir liste verir. Listenin başında da "kuvvet" yer alır. Bir bacak kası, çam ağacından yapılmış bir tahtayı ikiye ayırabilecek güçtedir. İkinci sırada güç vardır; belirli bir mesafe boyunca uygulanan kuvvetin oranı. Örneğin otomobillerin güçleri arttırıldıkça, hızları da inanılmaz boyutlara ulaşır.
Kaliforniya Üniversitesi'nde biyomühendis olan Richard L. Lieber, iskeleti saran herhangi bir kasın ürettiği beygir gücünün katlanarak arttıkça, bir araba motorundan çok daha büyük olacağını öne sürüyor.
Robottan farkımız
Kaslar aynı zamanda fren, yay ve şoku absorbe eden madde görevini de görürler. Bu nedenle insanlar, tipik bir robottan farklı olarak koşar, zıplar ve yere yumuşak iniş yapar.
Yapay kas, gerçek bir kasın neredeyse tüm özelliklerinin yerini alma yolunda hızla ilerliyor. Bir madde, komut verildiğinde bir yere kuvvet uygulayabilmek için, düğmeye basıldığı anda şeklini değiştirebilmelidir. Cismi, belirli bir uzaklığa hareket ettirebilmek için esnemeli veya sıkışmalıdır.
![/images/100/0x0/55eaaa63f018fbb8f88ee9f3]()
Yeterli kuvveti uygulayacak kadar dayanıklı olmalıdır. Bilek güreşinde kullanılan bir robot kolu, hem insanın gövdesindeki kaslar kadar güçlü olmalı, kollar gibi hareket edebilmeli hem de kuvvetini gerektiği yerde gerektiği kadar kullanacak kontrollü olmalıdır. Bar-Cohen, "Bu uygulamalardaki son aşamadır. Bunu başarabilirsem, yararlı bir şey üretmiş olacağım" diyor.
Rakip robot kasları tanıyalım
Felsen’in rakibi olan üç kolun her biri, farklı sistemlerde oluşturulmuş yapay kaslar içeriyordu. Bundan ötürü yarışma, aynı zamanda alanın en umut verici teknolojilerinden birinin test edilmesi özelliğini de taşıyacaktı.
Yapay kaslardan ilkini, Mohsen Shahinpoor tarafından kurulan Environmental Robots adlı küçük bir şirket geliştirdi. Düşük voltajda çalışabilen, ancak yavaş hareket eden robot, iyonik polimer metal kompozitlerden (IPMC) oluşuyor. IPMC’ler, bükülme özelliği taşıdıklarından şekil değiştirerek herhangi bir yapının içine yerleştirilebilirler.
Eğer ki bu maç üzerine bahis oynama şansınız olsaydı, paranızı ikinciye yatırmanızı tavsiye ederdik. İsviçre hükümetinde görevli mühendislerin ürettiği robot kol, dielektrik elastomerler yardımıyla hareket ettiriliyor.
Karbondan üretilmiş ince elektrotlar, silikon veya akrilik gibi yumuşak plastiklerin etrafını sarıyor. Dielektrik elastomer de, işte bu elektrotların içine yerleştirildiği filmlerden ibaret.
Elektrik kullanmıyor
Elektrik, elektrotları bir araya getirirken plastiği de eziyor ve plastiğin, 0,5 saniye gibi kısa bir zamanda kendisinin tam üç katı boyutuna genişlemesini sağlıyor. Kolu hareket ettiren ve dielektrik elastomerden yapılan sistem, aşamalı bir şekilde bir insan kasının 30 katı kuvvet üretir.
Bu arada da binlerce voltluk elektrik tüketir. Bu son durum, robotu vücut içinde veya yanı başınızda kullanmayı düşünüyorsanız biraz sorun yaratacaktır.
Panna Felsen’in son rakibininse yarışmayı kazanma şansı pek yok. Virginia Teknoloji Üniversitesi'nde okuyan bir grup öğrenci, çok küçük bir bütçe kullanarak, içine asit eklenince genişleyen bir fiber jel yarattı. Aslında yarattıkları kolu harekete geçirmek biraz zor, ama kendi uzunluğunun yüzde 40’ı oranında kasılabiliyor. Ayrıca elektrik kullanmama gibi çok önemli bir özelliğe da sahip.
250 bin dolarlık sistem
İsviçre ekibinin lideri Gabor Kovacs, beş yıldır dielektrik elastomerlerle ilgileniyor. Mühendis olan Kovacs’ın amacı, ürettiği şekil değiştirebilen hareketli sistemleri, balonların rüzgára karşı direnci azaltmada kullanmak. Yarışmaya katılma nedenini ise, "Bu teknolojinin olanaklarını ve sınırlarını görmek" olarak açıklıyor.
Hükümete bağlı bir laboratuarda çalışan Kovacs ve ekibi, bilek güreşi yapan bir kişinin gövde kaslarının çalışma sisteminin bir kopyasını yaratmaya karar verdi. Bunu da, bütün bir robotu (siyah kutu), mil üzerinde (omuz görevi görüyor) döndürerek ve kolu sabit tutarak yapacaklardı.
Hareket edecek düzeneği kurmak için, öncelikli olarak bir silikon tabakasını geren ve bunun her iki tarafını da kimyasalla kaplayan bir makine geliştirildi. Makine daha sonra bu üç tabakalı filmi, yani dielektrik elastomeri yaylı bir çelik hazne etrafına sarıyordu.
Sistemin gücünü en yüksek noktaya getirmeyi amaçlayan ekip, bu nedenle sırf kaplamada kullanılacak kimyasalı belirlemek için aylarca deneyler yaptı.
Kovacs, bu dáhiyane makineyi, İsviçre hükümetinden 250 bin dolarlık fon alarak bir yılda yaptıklarını söylüyor. İçinde, 4 bin voltla çalışan 256 ayrı hareketlendirici sistem bulunuyor.
"Kaybettiğin an yüklen"
Felsen’in ilk rakibi olan Mohsen Shahinpoor, yarışma günü yaptığı bir sunumda, yapay kaslarla güçlendirilmiş ve bir bisiklet pedalını çeviren insan iskeleti gösterdi. Müsabakaya katılacak olan robotsa, "kaybettiği anda yüklen" anlayışı üzerine kurulu. Yani bir sensör, kol ile masa arasındaki açıyı ölçüyor ve gerektiği anda voltajı arttırıyor.
Shahinpoor’un IPMC maddesi, lityum iyonları içine bırakılmış teflon benzeri, ıslak plastikleri saran iki ince maden tabakası elektrottan oluşuyor.
Bir otomobil aküsü kadar, yani12 volt verildiğinde pozitif yüklü lityum iyonları, negatif yüklü tabakaya ilerliyor. Sistemin bir tarafında toplanan bu iyonlar da IPMC’nin bükülmesini sağlıyor.
IPMC’ler, dielektrik elastomerlere göre daha az elektrik kullandıkları için güvenliler. Ayrıca daha dayanıklı olduklarından, içindeki hareket sistemlerinin daha fazla kuvvet uygulamasını sağlarlar. Ama bu kompozitler hantallar, çünkü hızlı elektronlar yerine çok yer kaplayan iyonlarla tetiklenirler.
Üç öğrencinin azmi
Environmental Robots, robot kolu üretmek için 24 bin dolar harcamış. Shahinpoor, yarışmayı kazanmaktan çok rakibinin emniyetini ve robotun meziyetlerini sergilemeyi düşündüğünden, voltajı ve beraberinde de gücü azaltmış.
Konuşmayı bitirdikten sonra Shahinpoor, yarışmanın olduğu salona girdi. Vücudunun tamamını değil de yalnızca kolunu kullanan Felsen zorlanıyor, şampiyon destekçisi de "Daha güçlü it", diye bağırıyordu. 26 saniye sonra genç öğrenci kolu yere indirdi. Geriye iki rakip kalmıştı.
Virginia Üniversitesi'nin yakışıklı üç öğrencisi Steve Deso, Stephen Ros ve Noah Papas, tezlerinin bir parçası olan robot kolunu yapmak için gecelerini gündüzlerine kattılar.
Üç yıl boyunca Newton mekaniği, katıların mekaniği ve biyomekanik derslerini adeta özümsediler. Sonunda da yarışmayla ilgili bir haberi okuyunca katılmaya karar verdiler.
Sümüklüböcek gibi kol
Üç öğrenci, daha güçlü olması amacıyla fiberlerin içine iyice işlenen bir jel olan poliakrilonitril kullandı. 800 dolarlık bütçeleri bitince, parçaları toplamak için yardım aradılar; bulamayınca da poliakrilonitrili kendileri üretmeye karar verdiler.
Bir üreticiden, tekstilde kullanılan fiberleri, bir protez şirketinden kol için kullanılacak metal dirseği, bir kozmetikçiden de robotu okulun renkleri olan turuncu ve kahverengiye boyayacak boyaları aldılar.
Yaklaşık 30 santimetre uzunluğundaki robot kol, iki santimetre kalınlığında; kahverengi ve jele benziyor. Aslında elleyince çiğ ete dokunuyormuşsunuz hissi veriyor ve tam bir sümüklüböceği andırıyor.
Ekip yarışmada, kolu bir pleksiglas içine koyacak ve üzerine asit püskürtmek için de araba camı sileceği yerleştirecekti. Kasın iki ucunu, 23 kiloya dayanıklı bir misinayla kola bağlayacaktı.
Her şey yolunda gittiği takdirde, asit jelin içine nüfuz edecek, plastikteki yüklü gruplar nötralize hale gelerek maddenin kasılmasını sağlayacaktı.
Öğrenciler, yapay kaslarının kendini gösterecek kadar güçlü olduklarından emindiler, ancak yarışmaya iyi hazırlanamamışlardı.
4 saniyede nakavt
Shahinpoor’dan sonra ikinci olarak masaya İsviçre ekibi geldi. Kutudan çıkan kırmızı ve siyah kabloları, güç kaynağına bağlarken, Felsen de güvenlik amacıyla kauçuk eldivenlerini giydi.
Üçe kadar sayıldıktan sonra, siyah kutudan bir cızırtı, ardından da yanmış plastik kokusu geldi. Bu kez vücudunu kullanan Felsen, dört saniye içinde kolu indirdi. Yüzleri bembeyaz olan İsviçre ekibinden biri, "Kaybetmeyi hiç düşünmüyorduk" dedi.
Sırada Virginia’dan gelen öğrenciler vardı. Bar-Cohen elinde mikrofonla, "Yarışma şimdi heyecanlandı" diye bağırdı. Ekipten Deso, seyircilere asit kullanarak cihazı nasıl harekete geçireceklerini anlattı.
Felsen de gözlüklerini takarak kolu kavradı. Biraz itti ve bu kez de üç saniye içinde kolu indirdi. Camsı bölme içindeki sümüklüböcek benzeri yapay kas ise o anda kasılmaya başlamıştı. Deso, "Amacımız buraya gelmekti. Bu bile bizim için büyük bir başarı" dedi.
Bu bir öncü yarışma
İlk yapay kas bilek güreşi yarışması, robotlar için hezimetle sonuçlandı. Araştırmacılarsa hedeflerinden yılmıyor. Kovac, bir komut yardımıyla kompleks şekillere girebilecek dielektrik elastomerler geliştirmeye devam ediyor.
Böyle bir madde, örneğin uçakların kanatlarının uçuş sırasında şekillerini değiştirmelerini sağlayabilir. Shahinpoor’un dar bütçeli şirketi de iki önemli tıp aleti tasarlıyor.
Bunlardan ilki, gözbebeğini ezerek ovalliğini ve uzunluğunu değiştiren ve böylelikle de hipermetropluğu tedavi eden bir bant. Diğeri ise, düzgün çalışmayan kalplere kan pompalayacak bir cihaz.
Populer Science’te yer alan habere göre, robotlarla bilek güreşi fikrinin "babası" Bar-Cohen ise yarışma sonrası şunları söylüyor; "Evet belki robotlar kazanamadı. 26 saniyenin belki hiçbir anlamı da yok. Ancak tarihte yapılan ilk uçuş sadece 12 saniye sürmüştü. Bunu unutmamalıyız. 100 yıl sonra nerede olacağımızı kim bilebilir ki?"
İLAÇ ŞİŞESİNDEKİ KAS
Kaslarınızı sınırsızca güçlendirmek mi istiyorsunuz?
NASIL ÇALIŞIYOR? Bu ilaç, yani aslında MYO-029 adı altında üretilen bu antikor, kas liflerini oluşturan ve onaran kök hücrelerini düzenleyen miyostatin proteinini etkiliyor. Bu proteinin çalışmasını durduran MYO-029, ilgili kök hücrelerinin kontrolsüz bir şekilde çoğalmalarını sağlıyor. Böylece de daha büyük kaslara sahip oluyorsunuz.
NE ZAMAN SATIN ALIRIZ? Bunu söylemek için henüz çok erken. Wyeth adlı ilaç şirketi, adale gelişiminde sorunu olan hastalar üzerinde denedikleri ilaçların sonuçlarının, 2006 yılı sonunda alınacağını söylüyor.
DİKKAT! Aslında, bir rahatsızlık veya yaşlılık nedeniyle kas sorunları yaşayan hastalar için geliştirilen bu ilacın, sporcular tarafından yasadışı şekilde kullanılmasından endişe ediliyor. Yan etkileri de henüz bilinmiyor.
ÜÇ ÇEŞİT KAS
Bilek güreşi maçında yarışan robotların her biri, elektroaktif polimer teknolojisinin o güne kadarki en değişik versiyonlarıyla güçlendirildiler.
SHAHİNPOOR EKİBİ
Bowling kukasına benzeyen ve bir eldivenle sabitlenen bu kolda, elektroaktif polimer şeritleri lityum iyonlarına batırıldı, maden tabakası içine yerleştirildi ve bir merkez etrafına sarıldı. Polimer sargılar, voltaj verildiğinde (A) kasıldılar (B). Bu da manivelaya benzeyen kolu, masaya doğru hareket ettirdi.
İSVİÇRE EKİBİ
4 bin voltluk dev, bu kadar elektriği "kaslarını" sürekli uzun tutmakta harcıyor. Polimerden yapılmış olan iki hareketlendirici sistemin (A) elektriği kesildiğinde, polimer kasılıyor ve makine, merkezdeki bir aks (B) etrafında dönerek eli aşağı indiriyor (C). Elin geriye dönmesi için de diğer iki hareketlendirici sistem etkisizleştiriliyor.
ÖĞRENCİ EKİBİ
3 adet poliakrilonitril parçası, bu robotun temelini oluşturuyor. Ortama asit eklendiğinde, polimerler kasılıyor (A) ve misinadaki gerilimi arttırıyor (B). Misinanın diğer ucu ise, omuz görevi gören eklem yerine bağlanıyor (C). Eklem döndükçe, kol aşağı iniyor (D).
Ancak geçen yıl yapılan yarışmada, televizyon kameralarına 17 yaşında incecik bir kız takıldı. Panna Felsen’in bu yarışmaya katılması gerçekten çok şaşırtıcıydı. Ama daha da şaşırtıcı olan başka bir şey vardı: Felsen’in rakibi.
Yarışma saati yaklaştıkça kalabalık, otelin salonunu doldurmaya, gazeteciler de genç kızın etrafını çevirmeye başlamıştı. Daha sonra Felsen özel destekli masaya geldi, dirseğini yerleştirdi ve rakibinin elini, yani beyaz, plastik bir kolu kavradı.
İnsanla bir robot arasındaki ilk bilek güreşi müsabakası, San Diego’da düzenlenirken, bilim dünyasında da önemli bir adım atılıyordu. Kol, belki biraz bowling kukasına benziyordu, ama önemli olan yaptığı hareketlerdi.
Felsen’in tuttuğu kol ve beraberindeki sistemin bir vitesi, mili, mil dirseği veya hareket eden herhangi bir metal parçası yoktu. Dünya üzerinde elektrik motoru kullanarak hareket eden milyonlarca diğer makineden ayrılıyordu. Felsen’in karşısındaki bu kol, tamamen bir plastik yardımıyla oynatılıyordu.
Özellikleri çok
Kolları yönlendiren şey, elektroaktif polimer adında bir maddeydi. Aslında çok da bilinmeyen bu polimerin pek çok ilginç özelliği de bulunuyor. Elektrik veya kimyasallarla uyarıldığında hareket ediyor. Genişliyor, kasılıyor, kıvrılıyor; ileri geri, yukarı aşağı hareket ediyor.
Ayrıca kıvrak, dayanıklı, atik, güçlü ve sessiz. Bu özelliklerin tümü, insan kaslarında da bulunduklarından elektroaktif polimerlere "yapay kas" da deniyor.
Yapay kas fikrine sıcak bakan, Pasadena’daki Jet Propulsion Laboratuarı’ndan fizikçi Yoseph Bar-Cohen, hareket üreten ucuz, hafif, kıvrak ve güçlü cihazların, gelecekte askeri teknolojilerde, uzay araçlarında ve tıbbi cihazlarda kullanılacağını öne sürüyor.
Yapay kas projesinin önde gelen isimlerinden, SRI International şirketinden Roy Kornbluh da, bu maddelerin, etrafımızı saran milyarlarca elektrikli motorun yerini alacağı tahmininde bulunuyor.
Mühendisler, çoktan yapay kasla güçlendirilen cihazlar üretmeye başladı bile; dizdeki sakatlıkları önleyen destekler, vücuda ilacı aktaracak küçük pompalar ve yılan gibi kıvrılan, kuş gibi uçan, çekirge gibi sıçrayan robotlar gibi.
Hedef "gerçek kas"
Tüm bu cihazları yaratmanın ardındaysa bambaşka bir hedef yatıyor: gerçek olanı yaratmak. Bar-Cohen, "Bu maddeyle, gerçek kaslara hiç olmadığımız kadar yaklaştık" diyor. İnsanın vücuduna yerleştirilebilen veya eklenebilen çok çeşitli tıbbi cihazlar üzerinde araştırmalar başladı bile.
Bunlar arasında, yapay kasla güçlendirilen protezler, iyi çalışmayan kalplere destek çıkan pompalama cihazları, idrar tutamamayı tedavi edecek üriner sfinkter ve solunuma yardımcı olan yapay diyafram yer alıyor.
Bilim adamları, bu çalışmaların belki de çok daha ileriki bir aşamasında, vücuttaki kasların yerini alacak veya bu kasları çoğaltacak plastiklerin geliştirileceğini tartışıyor.
Yoseph Bar-Cohen, bundan altı yıl önce ortaya zorlu bir proje attı; dünyanın en güçlü bilek güreşçisini bile yenecek kuvvette bir robot kolun yaratılmasını istedi.
Meraklı öğrenci
Ancak bunun gerçekleşmesi için o kadar çok beklemek istemiyordu; "En azından bir lise öğrencisini yensin" dedi.
Kurallar şöyleydi: robot kol, ışık yakıp söndürme, titreme veya gürültü çıkarma gibi karşısındakini rahatsız edecek herhangi bir harekette bulunmayacaktı. Kazanmak için de, insan kolunu yere yatırdıktan sonra, ilk başladığı pozisyona dönebilmeliydi.
San Diego’da yapılan yıllık bilim konferansında, üç ekip böyle bir cihazı geliştirdiğini açıkladı.
Toplantıların ardından, hemen binanın yanı başındaki La Costa Lisesi son sınıf öğrencisi Panna Felsen, rakibinin karşısına geçti. (Bar-Cohen’in, bu genç kızı seçmesinin nedeni, okulunda bir mühendislik grubu oluşturması ve eğlenmek amacıyla basit robotlar yapmasıydı.) Bar-Cohen, kalabalığı susturarak, "Başlayın!" diye bağırdı.
Bir kasın gücü
Eski bir şampiyon da Felsen’e taktik vermek için oradaydı. Masanın kenarına eğildi, "Daha yakınlaş. Ayak parmaklarının ucuna yüksel", dedi. Robotsa hareket etmiyordu. "Daha güçlü it", diye bağırdı eski şampiyon. Felsen’in yüzü ise, kararlı bir ifadeye bürünürken kendisi de kolu aşağı indirmek için büyük güç sarf ediyordu.
Bir biyomühendise kas hakkında ne bildiğini sorarsanız, size önce uzun övgüler sıralar, ardından da özelliklerini içeren upuzun bir liste verir. Listenin başında da "kuvvet" yer alır. Bir bacak kası, çam ağacından yapılmış bir tahtayı ikiye ayırabilecek güçtedir. İkinci sırada güç vardır; belirli bir mesafe boyunca uygulanan kuvvetin oranı. Örneğin otomobillerin güçleri arttırıldıkça, hızları da inanılmaz boyutlara ulaşır.
Kaliforniya Üniversitesi'nde biyomühendis olan Richard L. Lieber, iskeleti saran herhangi bir kasın ürettiği beygir gücünün katlanarak arttıkça, bir araba motorundan çok daha büyük olacağını öne sürüyor.
Robottan farkımız
Kaslar aynı zamanda fren, yay ve şoku absorbe eden madde görevini de görürler. Bu nedenle insanlar, tipik bir robottan farklı olarak koşar, zıplar ve yere yumuşak iniş yapar.
Yapay kas, gerçek bir kasın neredeyse tüm özelliklerinin yerini alma yolunda hızla ilerliyor. Bir madde, komut verildiğinde bir yere kuvvet uygulayabilmek için, düğmeye basıldığı anda şeklini değiştirebilmelidir. Cismi, belirli bir uzaklığa hareket ettirebilmek için esnemeli veya sıkışmalıdır.
Yeterli kuvveti uygulayacak kadar dayanıklı olmalıdır. Bilek güreşinde kullanılan bir robot kolu, hem insanın gövdesindeki kaslar kadar güçlü olmalı, kollar gibi hareket edebilmeli hem de kuvvetini gerektiği yerde gerektiği kadar kullanacak kontrollü olmalıdır. Bar-Cohen, "Bu uygulamalardaki son aşamadır. Bunu başarabilirsem, yararlı bir şey üretmiş olacağım" diyor.
Rakip robot kasları tanıyalım
Felsen’in rakibi olan üç kolun her biri, farklı sistemlerde oluşturulmuş yapay kaslar içeriyordu. Bundan ötürü yarışma, aynı zamanda alanın en umut verici teknolojilerinden birinin test edilmesi özelliğini de taşıyacaktı.
Yapay kaslardan ilkini, Mohsen Shahinpoor tarafından kurulan Environmental Robots adlı küçük bir şirket geliştirdi. Düşük voltajda çalışabilen, ancak yavaş hareket eden robot, iyonik polimer metal kompozitlerden (IPMC) oluşuyor. IPMC’ler, bükülme özelliği taşıdıklarından şekil değiştirerek herhangi bir yapının içine yerleştirilebilirler.
Eğer ki bu maç üzerine bahis oynama şansınız olsaydı, paranızı ikinciye yatırmanızı tavsiye ederdik. İsviçre hükümetinde görevli mühendislerin ürettiği robot kol, dielektrik elastomerler yardımıyla hareket ettiriliyor.
Karbondan üretilmiş ince elektrotlar, silikon veya akrilik gibi yumuşak plastiklerin etrafını sarıyor. Dielektrik elastomer de, işte bu elektrotların içine yerleştirildiği filmlerden ibaret.
Elektrik kullanmıyor
Elektrik, elektrotları bir araya getirirken plastiği de eziyor ve plastiğin, 0,5 saniye gibi kısa bir zamanda kendisinin tam üç katı boyutuna genişlemesini sağlıyor. Kolu hareket ettiren ve dielektrik elastomerden yapılan sistem, aşamalı bir şekilde bir insan kasının 30 katı kuvvet üretir.
Bu arada da binlerce voltluk elektrik tüketir. Bu son durum, robotu vücut içinde veya yanı başınızda kullanmayı düşünüyorsanız biraz sorun yaratacaktır.
Panna Felsen’in son rakibininse yarışmayı kazanma şansı pek yok. Virginia Teknoloji Üniversitesi'nde okuyan bir grup öğrenci, çok küçük bir bütçe kullanarak, içine asit eklenince genişleyen bir fiber jel yarattı. Aslında yarattıkları kolu harekete geçirmek biraz zor, ama kendi uzunluğunun yüzde 40’ı oranında kasılabiliyor. Ayrıca elektrik kullanmama gibi çok önemli bir özelliğe da sahip.
250 bin dolarlık sistem
İsviçre ekibinin lideri Gabor Kovacs, beş yıldır dielektrik elastomerlerle ilgileniyor. Mühendis olan Kovacs’ın amacı, ürettiği şekil değiştirebilen hareketli sistemleri, balonların rüzgára karşı direnci azaltmada kullanmak. Yarışmaya katılma nedenini ise, "Bu teknolojinin olanaklarını ve sınırlarını görmek" olarak açıklıyor.
Hükümete bağlı bir laboratuarda çalışan Kovacs ve ekibi, bilek güreşi yapan bir kişinin gövde kaslarının çalışma sisteminin bir kopyasını yaratmaya karar verdi. Bunu da, bütün bir robotu (siyah kutu), mil üzerinde (omuz görevi görüyor) döndürerek ve kolu sabit tutarak yapacaklardı.
Hareket edecek düzeneği kurmak için, öncelikli olarak bir silikon tabakasını geren ve bunun her iki tarafını da kimyasalla kaplayan bir makine geliştirildi. Makine daha sonra bu üç tabakalı filmi, yani dielektrik elastomeri yaylı bir çelik hazne etrafına sarıyordu.
Sistemin gücünü en yüksek noktaya getirmeyi amaçlayan ekip, bu nedenle sırf kaplamada kullanılacak kimyasalı belirlemek için aylarca deneyler yaptı.
Kovacs, bu dáhiyane makineyi, İsviçre hükümetinden 250 bin dolarlık fon alarak bir yılda yaptıklarını söylüyor. İçinde, 4 bin voltla çalışan 256 ayrı hareketlendirici sistem bulunuyor.
"Kaybettiğin an yüklen"
Felsen’in ilk rakibi olan Mohsen Shahinpoor, yarışma günü yaptığı bir sunumda, yapay kaslarla güçlendirilmiş ve bir bisiklet pedalını çeviren insan iskeleti gösterdi. Müsabakaya katılacak olan robotsa, "kaybettiği anda yüklen" anlayışı üzerine kurulu. Yani bir sensör, kol ile masa arasındaki açıyı ölçüyor ve gerektiği anda voltajı arttırıyor.
Shahinpoor’un IPMC maddesi, lityum iyonları içine bırakılmış teflon benzeri, ıslak plastikleri saran iki ince maden tabakası elektrottan oluşuyor.
Bir otomobil aküsü kadar, yani12 volt verildiğinde pozitif yüklü lityum iyonları, negatif yüklü tabakaya ilerliyor. Sistemin bir tarafında toplanan bu iyonlar da IPMC’nin bükülmesini sağlıyor.
IPMC’ler, dielektrik elastomerlere göre daha az elektrik kullandıkları için güvenliler. Ayrıca daha dayanıklı olduklarından, içindeki hareket sistemlerinin daha fazla kuvvet uygulamasını sağlarlar. Ama bu kompozitler hantallar, çünkü hızlı elektronlar yerine çok yer kaplayan iyonlarla tetiklenirler.
Üç öğrencinin azmi
Environmental Robots, robot kolu üretmek için 24 bin dolar harcamış. Shahinpoor, yarışmayı kazanmaktan çok rakibinin emniyetini ve robotun meziyetlerini sergilemeyi düşündüğünden, voltajı ve beraberinde de gücü azaltmış.
Konuşmayı bitirdikten sonra Shahinpoor, yarışmanın olduğu salona girdi. Vücudunun tamamını değil de yalnızca kolunu kullanan Felsen zorlanıyor, şampiyon destekçisi de "Daha güçlü it", diye bağırıyordu. 26 saniye sonra genç öğrenci kolu yere indirdi. Geriye iki rakip kalmıştı.
Virginia Üniversitesi'nin yakışıklı üç öğrencisi Steve Deso, Stephen Ros ve Noah Papas, tezlerinin bir parçası olan robot kolunu yapmak için gecelerini gündüzlerine kattılar.
Üç yıl boyunca Newton mekaniği, katıların mekaniği ve biyomekanik derslerini adeta özümsediler. Sonunda da yarışmayla ilgili bir haberi okuyunca katılmaya karar verdiler.
Sümüklüböcek gibi kol
Üç öğrenci, daha güçlü olması amacıyla fiberlerin içine iyice işlenen bir jel olan poliakrilonitril kullandı. 800 dolarlık bütçeleri bitince, parçaları toplamak için yardım aradılar; bulamayınca da poliakrilonitrili kendileri üretmeye karar verdiler.
Bir üreticiden, tekstilde kullanılan fiberleri, bir protez şirketinden kol için kullanılacak metal dirseği, bir kozmetikçiden de robotu okulun renkleri olan turuncu ve kahverengiye boyayacak boyaları aldılar.
Yaklaşık 30 santimetre uzunluğundaki robot kol, iki santimetre kalınlığında; kahverengi ve jele benziyor. Aslında elleyince çiğ ete dokunuyormuşsunuz hissi veriyor ve tam bir sümüklüböceği andırıyor.
Ekip yarışmada, kolu bir pleksiglas içine koyacak ve üzerine asit püskürtmek için de araba camı sileceği yerleştirecekti. Kasın iki ucunu, 23 kiloya dayanıklı bir misinayla kola bağlayacaktı.
Her şey yolunda gittiği takdirde, asit jelin içine nüfuz edecek, plastikteki yüklü gruplar nötralize hale gelerek maddenin kasılmasını sağlayacaktı.
Öğrenciler, yapay kaslarının kendini gösterecek kadar güçlü olduklarından emindiler, ancak yarışmaya iyi hazırlanamamışlardı.
4 saniyede nakavt
Shahinpoor’dan sonra ikinci olarak masaya İsviçre ekibi geldi. Kutudan çıkan kırmızı ve siyah kabloları, güç kaynağına bağlarken, Felsen de güvenlik amacıyla kauçuk eldivenlerini giydi.
Üçe kadar sayıldıktan sonra, siyah kutudan bir cızırtı, ardından da yanmış plastik kokusu geldi. Bu kez vücudunu kullanan Felsen, dört saniye içinde kolu indirdi. Yüzleri bembeyaz olan İsviçre ekibinden biri, "Kaybetmeyi hiç düşünmüyorduk" dedi.
Sırada Virginia’dan gelen öğrenciler vardı. Bar-Cohen elinde mikrofonla, "Yarışma şimdi heyecanlandı" diye bağırdı. Ekipten Deso, seyircilere asit kullanarak cihazı nasıl harekete geçireceklerini anlattı.
Felsen de gözlüklerini takarak kolu kavradı. Biraz itti ve bu kez de üç saniye içinde kolu indirdi. Camsı bölme içindeki sümüklüböcek benzeri yapay kas ise o anda kasılmaya başlamıştı. Deso, "Amacımız buraya gelmekti. Bu bile bizim için büyük bir başarı" dedi.
Bu bir öncü yarışma
İlk yapay kas bilek güreşi yarışması, robotlar için hezimetle sonuçlandı. Araştırmacılarsa hedeflerinden yılmıyor. Kovac, bir komut yardımıyla kompleks şekillere girebilecek dielektrik elastomerler geliştirmeye devam ediyor.
Böyle bir madde, örneğin uçakların kanatlarının uçuş sırasında şekillerini değiştirmelerini sağlayabilir. Shahinpoor’un dar bütçeli şirketi de iki önemli tıp aleti tasarlıyor.
Bunlardan ilki, gözbebeğini ezerek ovalliğini ve uzunluğunu değiştiren ve böylelikle de hipermetropluğu tedavi eden bir bant. Diğeri ise, düzgün çalışmayan kalplere kan pompalayacak bir cihaz.
Populer Science’te yer alan habere göre, robotlarla bilek güreşi fikrinin "babası" Bar-Cohen ise yarışma sonrası şunları söylüyor; "Evet belki robotlar kazanamadı. 26 saniyenin belki hiçbir anlamı da yok. Ancak tarihte yapılan ilk uçuş sadece 12 saniye sürmüştü. Bunu unutmamalıyız. 100 yıl sonra nerede olacağımızı kim bilebilir ki?"
İLAÇ ŞİŞESİNDEKİ KAS
Kaslarınızı sınırsızca güçlendirmek mi istiyorsunuz?
NASIL ÇALIŞIYOR? Bu ilaç, yani aslında MYO-029 adı altında üretilen bu antikor, kas liflerini oluşturan ve onaran kök hücrelerini düzenleyen miyostatin proteinini etkiliyor. Bu proteinin çalışmasını durduran MYO-029, ilgili kök hücrelerinin kontrolsüz bir şekilde çoğalmalarını sağlıyor. Böylece de daha büyük kaslara sahip oluyorsunuz.
NE ZAMAN SATIN ALIRIZ? Bunu söylemek için henüz çok erken. Wyeth adlı ilaç şirketi, adale gelişiminde sorunu olan hastalar üzerinde denedikleri ilaçların sonuçlarının, 2006 yılı sonunda alınacağını söylüyor.
DİKKAT! Aslında, bir rahatsızlık veya yaşlılık nedeniyle kas sorunları yaşayan hastalar için geliştirilen bu ilacın, sporcular tarafından yasadışı şekilde kullanılmasından endişe ediliyor. Yan etkileri de henüz bilinmiyor.
ÜÇ ÇEŞİT KAS
Bilek güreşi maçında yarışan robotların her biri, elektroaktif polimer teknolojisinin o güne kadarki en değişik versiyonlarıyla güçlendirildiler.
SHAHİNPOOR EKİBİ
Bowling kukasına benzeyen ve bir eldivenle sabitlenen bu kolda, elektroaktif polimer şeritleri lityum iyonlarına batırıldı, maden tabakası içine yerleştirildi ve bir merkez etrafına sarıldı. Polimer sargılar, voltaj verildiğinde (A) kasıldılar (B). Bu da manivelaya benzeyen kolu, masaya doğru hareket ettirdi.
İSVİÇRE EKİBİ
4 bin voltluk dev, bu kadar elektriği "kaslarını" sürekli uzun tutmakta harcıyor. Polimerden yapılmış olan iki hareketlendirici sistemin (A) elektriği kesildiğinde, polimer kasılıyor ve makine, merkezdeki bir aks (B) etrafında dönerek eli aşağı indiriyor (C). Elin geriye dönmesi için de diğer iki hareketlendirici sistem etkisizleştiriliyor.
ÖĞRENCİ EKİBİ
3 adet poliakrilonitril parçası, bu robotun temelini oluşturuyor. Ortama asit eklendiğinde, polimerler kasılıyor (A) ve misinadaki gerilimi arttırıyor (B). Misinanın diğer ucu ise, omuz görevi gören eklem yerine bağlanıyor (C). Eklem döndükçe, kol aşağı iniyor (D).