Pennsylvania Üniversitesi’nde Ortamı Algılayabilen Bilgisayar Kontrollü Robot Tasarlanıyor
Virgil Renzulli
Pennsylvania Üniversitesi Haber Bürosu
410 Logan Hall
Philadelphia, PA 19104
Pennsylvania Üniversitesi’ndeki bir araştırma laboratuvarında bulunan bir makine, görme ve dokunma duyularını kullanarak fincan ve tabak gibi nesneleri tanıyabiliyor ve yumurtaları ile ampulleri, düşürmeyecek kadar sağlam ama kırmayacak kadar nazik bir biçimde kavrayabiliyor.
Bu makine, çevrelerini algılayabilen, yönlendirebilen ve anlayabilen bilgisayar kontrollü aygıtlar geliştirmeye yönelik bir araştırma projesinin parçası—geleceğin ev ve endüstri robotları olacak aygıtlar. Çalışmalar, Penn Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi’nden Dr. Ruzena Bajcsy ve Dr. Samuel Goldwasser’ın yönettiği General Robotics and Active Sensory Perception Lab’da yürütülüyor.
Bajcsy, Goldwasser ve meslektaşları, çevrelerini algılayıp ona uyum sağlayabilecek akıllı robotlar geliştirmek için hem donanım hem de yazılım üzerinde çalışıyor. Gelecekte bu tür robotlar, iş yerinde ve evde hassas işler yapabilecek; örneğin bir montaj hattında parçaları ayırıp test etmek, bir aracı uzaktan yönlendirmek ya da yemek masasını kurmak gibi.
Robotikteki kullanımına ek olarak, yazılım alanındaki gelişmeleri yeni tür üç boyutlu bilgisayar görüntüleme yöntemlerine yol açtı. Örneğin, canlı bir hastanın kafatasının bilgisayar destekli tomografi yoluyla elde edilen iki boyutlu bir taraması işlenerek, kafatasının iç yapısını ortaya koymak için kesit alınabilen üç boyutlu bir modele dönüştürülebilir. Henüz prototip aşamasında olmasına rağmen, bu görüntüleme sisteminin klinik tanı ve cerrahi planlama alanlarında önemli uygulamalara sahip olması bekleniyor.
Sanayide yaygın olarak kullanılan robotlar, neredeyse tamamen sabit programlama altında çok belirli ve sınırlı görevleri yerine getirir. Böyle bir robot, yemek masası kurmak gibi esneklik gerektiren basit bir ev işinde başarısız olurdu. Ancak Penn’deki araştırmacılar, bir robotun örneğin bir kahve fincanını bir şarap kadehinden ya da bir çorba kâsesinden ayırt etmesini ve ardından her birini uygun kavrama biçimiyle tutmasını sağlayacak bir robotik sistem geliştirdiler. Birden fazla kavrama biçimi bulunduğundan, makine tarafından kullanılan belirli kavrama şekli, nesnenin doğru şekilde tanımlanıp tanımlanmadığını gösterebilir.
Bajcsy, bir bilgisayarlı görme sisteminin geliştirilmesinin, insanların nasıl gördüğünün ayrıntılı biçimde anlaşılmasını gerektirdiğini ve psikoloji, fizyoloji ve diğer alanlardaki araştırmacıların insan görmesi hakkında öğrendiklerinin incelenmesinin gerekli olduğunu açıkladı. Kendisi ve meslektaşlarının geliştirdiği robotik sistem, gerçek dünyadaki nesnelerin görüntülerini içeren bir bilgisayar veritabanına sahiptir. Bir fincan ya da kâse gibi her nesne, en temel ve değişmez özelliklerine indirgenmiştir; zor olan kısım, nesnenin tanımlanması için hayati olan her şeyi korurken önemsiz özellikleri elemekti. Bilgisayarın algılanan bir nesneyi, depoladığı her görüntüyle karşılaştırması yerine, algılanan nesneyi veri bankasındaki küçük bir temsil alanıyla karşılaştırmasını sağlayan bir yazılım tasarladılar.
Robotik sistemin beynini sağlayan yazılım gelişmelerine ek olarak, araştırmacılar görsel ve dokunsal algılama için yenilikçi donanım tasarımları da ortaya koydular. Robot görme sistemi, motorlu bir platform üzerine monte edilmiş ve bir aydınlatma sistemiyle birleştirilmiş, motorlu yakınlaştırma, odak ve diyafram kontrollerine sahip iki kameradan oluşur. Bu, bilgisayara bir insanın bir nesneyi farklı açılardan görme, ona yaklaşma ya da aydınlatmayı değiştirme esnekliğini kazandırır.
"Kamera belirli bir noktaya hareket edip bir fotoğraf çekecek," diyor Goldwasser. "Program bunu analiz edecek ve görüntünün bilgisayarın ilgilendiği nesneyi içerip içermediğini belirleyecek. Eğer içermiyorsa kamera başka bir yere hareket edip onu arayacak. Eğer ilgilenilen nesneyse, bilgisayar daha yakına yakınlaştırabilir ya da bakış açısını biraz ayarlayabilir. Bu ayarlamaların çoğu zaten bilgisayar kontrolü altında; kameranın yakınlaştırma, odak ve diyafram kontrolleri de kısa süre içinde eklenecek."
Robotik görme, dokunsal aygıtlarla—mekanik bir el ve sert bir parmak şeklinde bir sensörle—birleştirilmiştir. Robot koluna monte edilen bu parmak, iletken bir köpükle kaplı 133 basınca duyarlı noktaya sahiptir. Bir nesnenin şeklini izlemek, yüzey dokusunu belirlemek ve bir fincanın deliği ve kulpu gibi iç boşlukları bulmak için kullanılabilir. Bilgisayar bir fincan arıyorsa ve yan tarafında kulp varmış gibi görünen ve üstünde bir delik bulunan silindirik bir nesne bulursa, bu görünür kulp ve deliğin gerçek mi yoksa sadece gölge mi olduğunu belirlemek için parmağı kullanabilir. (Aynı görevi yerine getirmek için aydınlatmayı ya da bakış açısını da değiştirebilir.) Bir nesne tanımlandıktan sonra, bilgisayar özel olarak tasarlanmış mekanik bir eli kullanarak nesneyi doğru şekilde kavrayabilir—bir insan için kolay, ancak bir makine için çok zor bir görev—ve ardından onu yönlendirebilir.
Robot eli, sanayide yaygın olarak kullanılanlara kıyasla daha fazla çevikliğe sahiptir. Her biri iki eklem ve dokunsal sensörlere sahip üç parmağı vardır ve üçüncü parmak, diğer ikisine karşıt olacak şekilde taban etrafında çeşitli konfigürasyonlarda hareket edebilir. İnsan elinin işleyişi basit bir parmaktan çok daha karmaşık olsa da, son derece gelişmiş algılama ve programlama gerektirir; robot kolunda tek bir parmağın bile benzerini yapmak önemli ölçüde algılama yeteneği gerektirir.