Robotik ‘süper uzuvlar’ ay yürüyüşçülerinin düşmelerden kurtulmasına yardımcı olabilir

Bir anlık hafifliğe mi ihtiyacınız var? İzlemeyi deneyin videolar aya düşen astronotlar. NASA’nın Apollo astronotlarının ağır çekimde zıplarken takılıp tökezlemeleri hoş bir şekilde ilişkilendirilebilir.

MIT mühendisleri için aydaki hatalar aynı zamanda yenilik yapma fırsatının da altını çiziyor.

Harry, “Astronotlar fiziksel olarak çok yeteneklidir, ancak yerçekiminin Dünya’nın altıda biri olduğu ancak eylemsizliklerinin hala aynı olduğu Ay’da mücadele edebilirler. Ayrıca, uzay giysisi giymek önemli bir yüktür ve hareketlerini kısıtlayabilir” diyor. Asada, MIT’de makine mühendisliği profesörü. “Astronotların düşmeleri durumunda tekrar ayağa kalkabilmeleri için güvenli bir yol sağlamak istiyoruz.”

Asada ve meslektaşları, astronotu fiziksel olarak destekleyebilecek ve düştükten sonra tekrar ayağa kaldırabilecek bir çift giyilebilir robotik uzuv tasarlıyor. Araştırmacıların Süper Sayısal Robotik Uzuvlar veya “Süper Uzuvlar” olarak adlandırdığı sistem, astronotun yaşam destek sistemini, kontrolör ve uzuvlara güç sağlayan motorları da taşıyacak bir sırt çantasından uzanacak şekilde tasarlandı.

Araştırmacılar, onu kullanan astronottan gelen geri bildirimlere dayanarak, fiziksel bir prototipin yanı sıra uzuvları yönlendirecek bir kontrol sistemi de geliştirdiler. Ekip, bir ön versiyonu, astronotların uzay giysisine benzer daraltıcı bir giysi giymeye gönüllü olan sağlıklı denekler üzerinde test etti. Gönüllüler oturma veya yatma pozisyonundan kalkmaya çalıştıklarında, SuperLimbs desteğiyle bunu kendi başlarına iyileşmek zorunda oldukları zamana kıyasla daha az çaba harcayarak başardılar.

MIT ekibi, SuperLimb’lerin astronotlara bir düşüşten sonra fiziksel olarak yardımcı olabileceğini ve bu süreçte diğer önemli görevler için enerjilerini korumalarına yardımcı olabileceğini öngörüyor. Tasarım, önümüzdeki yıllarda, astronotları 50 yıldan uzun bir süre sonra ilk kez aya geri göndermeyi planlayan NASA’nın Artemis misyonunun başlatılmasıyla özellikle faydalı olabilir.

Apollo’nun büyük ölçüde keşif misyonundan farklı olarak, Artemis astronotları ilk kalıcı ay üssünü inşa etmek için çabalayacaklar; bu, çok sayıda genişletilmiş araç dışı aktivite (EVA) gerektiren, fiziksel olarak zorlu bir görev.

Ekip üyesi ve MIT doktora öğrencisi Erik Ballesteros, “Apollon döneminde astronotların düştüğü zamanların %80’i kazı ya da bir aletle bir tür iş yaparken oluyordu” diyor. “Artemis görevleri gerçekten inşaat ve kazıya odaklanacak, dolayısıyla düşme riski çok daha yüksek. SuperLimb’lerin daha üretken olabilmeleri için iyileşmelerine ve EVA’larını uzatmalarına yardımcı olabileceğini düşünüyoruz.”

Asada, Ballesteros ve meslektaşları bu hafta tasarımlarını ve çalışmalarını IEEE Uluslararası Robotik ve Otomasyon Konferansı’nda sunacaklar (ICRA). Ortak yazarları arasında MIT doktora sonrası araştırmacısı Sang-Yoep Lee ve Jet Propulsion Laboratory’den Kalind Carpenter yer alıyor.

Bir duruş göstermek

Ekibin tasarımı, Asada’nın yaklaşık on yıl önce ilk kez geliştirdiği ve o zamandan beri uçak imalatı, inşaat ve gemi inşasında işçilere yardımcı olmak da dahil olmak üzere bir dizi uygulamaya uyarladığı SuperLimbs’in en son uygulamasıdır.

Son zamanlarda Asada ve Ballesteros, özellikle NASA’nın astronotları ayın yüzeyine geri göndermeyi planladığı bir dönemde, SuperLimbs’in astronotlara yardımcı olup olamayacağını merak etti.

Asada, “NASA ile iletişimimizde aya düşme sorununun ciddi bir risk olduğunu öğrendik” diyor. “Astronotların düşmelerden kurtulmalarına ve işlerine devam etmelerine yardımcı olmak için tasarımımızda bazı değişiklikler yapabileceğimizi fark ettik.”

Ekip ilk önce insanların bir düşüşten sonra doğal olarak nasıl toparlandıklarını incelemek için bir adım geri attı. Yeni çalışmalarında, birkaç sağlıklı gönüllüden yan, ön ve sırt üstü yattıktan sonra dik durmaya çalışmalarını istediler.

Araştırmacılar daha sonra, astronotların hareketlerinin uzay kıyafetlerinin büyük bir kısmı tarafından sınırlandırılmasına benzer şekilde, gönüllülerin hareketleri kısıtlandığında ayakta durma girişimlerinin nasıl değiştiğini incelediler. Ekip, geleneksel uzay giysilerinin sertliğini taklit edecek bir giysi yaptı ve çeşitli düşme pozisyonlarından tekrar ayağa kalkmaya çalışmadan önce gönüllülere bu giysiyi giydirdi. Gönüllülerin hareket sırası benzerdi, ancak hiçbir engel olmadan yaptıkları girişimlerle karşılaştırıldığında çok daha fazla çaba gerektiriyordu.

Ekip, her gönüllünün ayağa kalkarken yaptığı hareketlerin haritasını çıkardı ve her birinin, öngörülebilir bir sırayla bir pozdan veya “yol noktasından” diğerine geçerek ortak bir hareket dizisi gerçekleştirdiğini buldu.

Ballesteros, “Bu ergonomik deneyler, bir insanın nasıl ayağa kalktığını basit bir şekilde modellememize yardımcı oldu” diyor. “İnsanların yaklaşık yüzde 80’inin benzer şekilde ayağa kalktığını varsayabiliriz. Daha sonra bu yörünge etrafında bir kontrol cihazı tasarladık.”

Yardım eli

Ekip, bir insanı desteklemeye ve tekrar ayağa kaldırmaya yardımcı olacak bir sırayı takip ederek bir robotun yörüngesini oluşturacak bir yazılım geliştirdi. Kontrol cihazını, büyük bir sırt çantasına taktıkları ağır, sabit bir robot koluna uyguladılar. Araştırmacılar daha sonra sırt çantasını büyük elbiseye bağladılar ve gönüllülerin elbiseye geri dönmesine yardımcı oldular. Gönüllülerden tekrar sırt üstü, ön veya yan yatmalarını istediler ve ardından robot kişinin hareketlerini algılayıp ayağa kalkmalarına yardımcı olmak için adapte olurken onlardan ayakta durmalarını istediler.

Genel olarak, gönüllüler, büyük kıyafeti giyerek tek başlarına ayakta durmaya çalıştıkları zamana kıyasla, robotun desteğiyle çok daha az çabayla istikrarlı bir şekilde ayakta durabildiler.

Elbiseyi ve kol desteğini de deneyen Ballesteros, “Sanki seninle birlikte hareket eden ekstra bir güç varmış gibi geliyor” diyor. “Bir sırt çantası taktığınızı ve birisinin üstten tutup sizi yukarı çektiğini hayal edin. Zamanla bu, doğal hale gelir.”

Deneyler, kontrol sisteminin bir robotu, bir kişinin düşme sonrasında ayağa kalkmasına yardım etmesi için başarılı bir şekilde yönlendirebildiğini doğruladı. Araştırmacılar, kontrol sistemini, bir sırt çantasından uzayabilen çok eklemli iki robotik koldan oluşan SuperLimbs’in en son sürümüyle eşleştirmeyi planlıyor. Sırt çantasında ayrıca robotun pili ve motorlarının yanı sıra astronotun havalandırma sistemi de bulunacak.

Ballesteros, “Bu robotik kolları, belirli mühendislik kısıtlamalarına sahip klasik robot manipülatörlerinin tasarımlarını aramak için yapay zeka arama ve tasarım optimizasyonuna dayalı olarak tasarladık” diyor. “Birçok tasarımı süzdük ve bir kişiyi kaldırmak için en az enerji tüketen tasarımı aradık. SuperLimbs’in bu versiyonu bu sürecin ürünü.”

Yaz boyunca Ballesteros, SuperLimbs sisteminin tamamını NASA’nın Jet Propulsion Laboratuvarı’nda kuracak ve burada tasarımı kolaylaştırmayı ve gelişmiş, hafif malzemeler kullanarak parçalarının ve motorlarının ağırlığını en aza indirmeyi planlıyor. Daha sonra, uzuvları astronot kıyafetleriyle eşleştirmeyi ve bunları düşük yerçekimi simülatörlerinde test etmeyi, böylece bir gün astronotlara gelecekteki Ay ve Mars görevlerinde yardımcı olmayı umuyor.

Asada, “Uzay giysisi giymek fiziksel bir yük olabilir” diyor. “Robotik sistemler bu yükü hafifletmeye yardımcı olabilir ve astronotların görevleri sırasında daha üretken olmalarına yardımcı olabilir.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlanmıştır (web.mit.edu/newsoffice/MIT araştırması, inovasyonu ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site.