İstilacı Robot Böcek Sürüleri

İstilacı Robot Böcek Sürüleri

Bireyden çok sürü olmanın avantajlarını kullanan bu robotlar, grup içinde birbirleriyle haberleşerek hem daha güvenli veriye ulaşıyorlar, hem de devre dışı kalan robotların görevlerini üstlenerek görevi riske atmamış oluyorlar.

Sürü terimi, bir araya gelerek aynı noktada buluşan veya başka bir noktaya topluca hareket eden, ve her bir bireyin benzer büyüklükteki hayvanlardan oluştuğu birliktelikler için kullanılıyor. Sürü halinde toplanan, avlanan, akın eden, saldıran, beslenen kısacası yaşayan hayvanların davranışlarından yola çıkarak geliştirilen canlı-taklitçi robot tasarımlarını inceleyeceğiz bu yazıda.

Sürü davranışını tanımlayan olmazsa olmaz kriter, kendi otonom hareket mekanizması bulunan bireylerin kolektif uyumu sonucu oluşması. Matematiksel olarak modellemek gerektiğinde basit kuralların geçerli olduğu ve çoğu zaman merkezi bir koordinasyon mekanizmasının bulunmadığı bir birliktelikten bahsedebiliriz. Bu basit kurallar çerçevesinde kuşların, balıkların ve diğer sürüler halinde yaşayan canlıların hareketlerini açıklamak mümkün oluyor. Basit bir algoritma oluşturmak gerekirse, her bir birey genel olarak aşağıdaki kuralları takip eder.

Komşularıyla aynı yönde hareket etmek. Komşularına yakın olmak. Komşularıyla çarpışmaktan kaçınmak.

Temel olarak bu model baz alındığında, her hayvanın kendi merkezi çevresinde belirlediği alanı ve mesafeyi koruduğu sürece çelişen bir kural olmadığı gözüküyor. Bu sayede sürü elemanlarından bir tanesi sürünün dinamiğini bozduğu anda, diğer sürü elemanları o elemanın konumuna göre sürüyü tekrar kararlı ve düzenli bir hale sokacak şekilde yapılandırabiliyorlar. Bu sayede hataların düzeltilmesi sağlanıyor. Ancak sürekli sürüyü bozarak sürünün geleceğini riske atan elemanlar bilindiği gibi doğada ya dışlanıyor ya da cezalandırılıyor. Sonuçta sürüden ayrılmak da bir hayvanın isteyeceği son şeydir. Unutmamak gerekir ki “sürüden ayrılanı kurt kapar” gibi son derece gerçekçi bir atasözümüz vardır. Tüm bu kurallar ve dinamikler, her ne kadar fiziksel vücut hareketi koşullarını açıklıyorsa da, sürü psikolojisi adıyla anılan ruhsal durumu tasvir etmek için de geçerli olduğu söylenebilir.

İşin ilginci, her hayvan kendine özgü kişisel alan belirleme yetisine sahip. Bu da hayvanın kendi duyu organlarının gelişmişliği ve kapasitesiyle ilişkili. Örneğin kuşlar arkalarında neyin uçtuğunu göremezlerken, balıklar görme ve hidrodinamik amaçları sayesinde sürü mesafesini belirliyorlar. Kuş ve balıkların oluşturdukları sürülere önceki yazımızda kısaca değinmiştik. Bu sefer sürüleri karıncaların ve arıların sürü dinamiklerine ve davranışlarına odaklanarak inceleyelim, çünkü robotikte kullanılan sürü zekası genel olarak bu iki hayvanın feromonları sayesinde sergiledikleri sürü zekasından esinlenerek gerçekleştiriliyor.

Genel olarak koloniler halinde yaşayan böcekler, karıncalar ve arılar bireysel hareketlerini merkezi bir kontrol mekanizmasına bağlı kalmaksızın yaparlarken, koloniye bir bütün olarak baktığımızda koordine bir şekilde çalıştıklarını görüyoruz. Oysa bu işbirliği özdüzenlemeli (self-organized) bir şekilde gelişirken, bir liderin kararlarına dayanmaz, koloniyi oluşturan her bir bireyin birbirleriyle etkileşiminin bir sonucu olarak kendiliğinden gelişir. İşin garip kısmı besin hedefine gidilecek en kısa rotanın belirlenmesi gibi son derece karmaşık hareketlerin oluşumuna sebebiyet veren bu etkileşimlerin, oldukça basit yapıtaşlarından oluşması. Örneğin, sadece bir karıncanın başka bir karıncayı takip etme içgüdüsü. İşte bu tarz organize davranışların arkasında yatan kollektif zekaya verilen addır sürü zekası.

Karınca ve arı tarzı böcek kolonilerinden esinlenerek üretilen onlarca, yüzlerce hatta binlerce minik robotlar bir araya gelerek kayıp bulma, temizlik ve gözetleme tarzı operasyonlarda kullanılmak için tasarlanıyor. Her bir robot oldukça basit olmasına karşın, bir araya gelip bilgilerini paylaştıklarında sürü zekası devreye girerek çok daha güçlü bir robotik sistem oluşturabiliyorlar. Sürü robotlarının tasarlanmasının ve bazı durumlarda yeğlenmesinin arkasında yatan en önemli sebep sürülerin bireysel başarısızlıklara karşı dayanıklı olmalarıdır. Mesela, bir penguenin veya antilopun sürüden kaybolması, veya ölmesi sürüyü daha güçsüz kılmaz. Doğadan öykünülen bu felsefe çerçevesinde, bozulan robotların da sürü robotları içerisinde yerleri doldurulabiliyor. Bu yüzden tek bir büyük robot yapıp, robot bozulduğu zaman projenin suya düştüğünü görmektense, sürü içerisindeki bir robotun arıza yapmasından etkilenmeyen sürü robotlarına sahip olmak büyük bir avantaj getiriyor. Özellikle uzay görevleri ve depolama sistemleri gibi tek bir robotik sistemin başarısızlığının pahalıya patlayabileceği sistemlerde sürü robotları ve sürü zekası kullanılıyor.

Böcekopterler

Böcekopter olarak da adlandırılan uçan böcek robotların ilk örneği, CIA’in araştırma ve geliştirme departmanı tarafından 1970’lerde bir insansız hava aracı (İHA) olarak tasarlandı. Bir yusufçuğun kopyası şeklinde tasarlandığı için kolayca kamufle olabiliyordu. Soğuk savaş döneminde ivme kazanan minyatür düzenekler kullanarak bilgi toplama furyasının bir devamı niteliğindeydi. Normalde kullanılan gizli kamera ve mikrofon düzeneklerini bir seviye daha ileri götürüp, onlara hareket kazandırmak amacıyla kullanılan bu robotlar bir nevi günümüz insansız hava araçlarının da ataları sayılabilir. Bahsi geçen böcekopter, robotun kanatlarını çırpması için yetecek büyüklükte (küçüklükte) bir motora sahipti. Az bir miktar benzin ile hareket eden bu robot, arkasından çıkardığı egzoz gazını da daha kuvvetli bir itiş gücü sağlamak için kullanıyordu. Rüzgardan çok etkileniyor olması en büyük dezavantajıydı. Projeyle ilgili birkaç enteresan detay daha vermek gerekirse, robotun lazer güdümlü kontrol ediliyor olması ve motorunun ve kanat çırpma sisteminin bir saatçi tarafından tasarlanmış olmasıydı.

Fraunhofer’in sisteminde ise her bir robot kendi içerisindeki dahili bilgisayarları ile kararlar veriyor. Birbirleriyle kablosuz ağlar üzerinden iletişim içinde olan robotlar, aynı karıncaların yiyecek ararken yaptıkları gibi hangi ürünü hangi robotun alması gerektiğine kollektif bir biçimde karar veriyorlar.

Her saniye kendilerine yeni yollar bularak birbirleriyle, depodaki mallarla ve içeride dolaşan insanlarla çarpışmadan hedeflerine yönelik en kısa rotayı çizebiliyorlar. Bu yüzden son derece etkin kullanılabiliyorlar ve ölçeklenebilir olan bu sisteme yeni robotlar eklendiği zaman tüm sistemi baştan tasarlamanıza gerek kalmıyor. Aynen sürüye yeni katılan bir karıncanın hemen işe koyulması ve sürünün onu benimsemesi gibi. Ayrıca bozulan bir robot da büyük bir sorun teşkil etmiyor, çünkü onun görevini hemen başka bir robot üstleniyor.

Harvard Üniversitesi tarafından tasarlanan Kilobot’lar bozuk para büyüklüğünde titreşen bacakları, parlayan ışıkları ve birbirleriyle iletişim kurabilme özellikleriyle oldukça basit işlevselliğe sahip robotçuklar. Her biri 14 dolar değerinde olan bu robotlar da binlerle ölçülen rakamlarla sürüler oluşturuyorlar.

Bu tarz büyük robot ordularıyla yaşanacak en büyük sorun, doğru algoritmaların programlanması ve tabii ki şarj problemi. Eğer bu sorunlar çözülemezse sürü robotları bir anda dert ve tasa robotlarına dönüşüp tüm cazibesini kaybediyor. Kilobot’larda programlama sorunu kızılötesi veri transferiyle bir kerede hepsinin aynı kodu yüklemesiyle çözülmüş. Robotları şarj etmek için ise robotları iletken iki yüzeyin arasına yerleştirmek yeterli oluyor. Ayrıca Kilobot’ların fiyatının düşük olması en büyük avantajı.

Quadrotor robot sürüleri Dört pervaneli helikopterler (quadrotor, quadrotor helicopter veya quadrocopter) son dönemde kolay kullanılabilir olmaları ve manevra yetenekleri sayesinde oldukça popülerlik kazanmış durumdalar. Bu robotları ufaltarak, nano helikopterler boyutlarına getiren ve Dünya’nın en tanınmış robotik laboratuvarlarından biri olan Pennsylvania Üniversitesi GRASP laboratuvarı araştırmacıları, sürü robotlarını böylece gökyüzüne taşımış oldular. Bu robotların küçülen boyutlarıyla artık daha karmaşık işler yapabilmeleri de mümkün olacak. Oldukça esnek ve hafif olan bu robotları elinizle bile istediğiniz noktaya fırlatmanız mümkün. Bu robotlar istenilen 3 boyutlu hareketleri sanki tek bir vücutmuşcasına yapabiliyorlar.

Bu aralar nano helikopterlerinin hünerlerini, bilimsel araştırmalardan ziyade şova dökmüş durumdalar.

Hayvan sürülerinden esinlenilerek tasarlanmış robotları kısaca tanımış olduk. Bu robotları köle gibi çalıştırıp, isteklerimiz doğrultusunda suistimal edeceğimiz gerçeği düşünüldüğünde, sürü olmaları belki de onlar adına faydalı olabilir.

https://www.facebook.com/insanustuturk

https://www.instagram.com/insanustuturk/

https://www.youtube.com/insanustuturk