Yürüyen Makineler
Prof. Robert McGhee
Direktör, Dijital Sistemler Laboratuvarı
Ohio State University
1659 North High St.
Columbus, OH 43210
"Şu anda en yoğun biçimde üzerinde çalıştığımız alan, araziye uyum sağlayabilen araçlardır, ... kabaca söylemek gerekirse, yapay bir at."
Intelligent Systems’ten alıntı, editörler Jean Hayes ve Donald Michie. Telif Hakkı © 1983 Ellis Harwood Ltd., Chichester, İngiltere. Halsted Press tarafından, John Wiley and Sons, Inc., New York’un bir bölümü olarak dağıtılmıştır. Yayıncının izniyle yeniden basılmıştır.
Mafsallar
Yaklaşık 30 yıldır eklemli mekanizmalarda hareketin eşgüdümü problemini anlamaya çalışıyorum. Eklemli mekanizma derken, çok sayıda mafsala sahip olan bir şeyi kastediyorum.
Bu alandaki ilk mühendislik çalışmam, uçakların ve güdümlü füzelerin otomatik kontrolüyle ilgiliydi. Çoğumuzun daha aşina olduğu için bir uçağı ele alalım. Uçuş sırasında üç takım mafsala sahiptir. Bir takım, uçağın yukarı ve aşağı hareketiyle ilgilidir. Bu takım elevatörler olarak adlandırılır. Bir başka takım, sağa veya sola dönüşle ilgilidir. Bu kumanda yüzeyi dümen olarak adlandırılır. Son olarak, yolcuların rahatsızlık yaşamaması için uygun bir dönüş yapabilmek amacıyla pilotun uçağını yatıra bilmesi gerekir. Bu da aileron adı verilen yüzeylerle ilişkili bir mafsal takımını içerir.
Dolayısıyla, sabit uçuş halindeki bir uçağın hareketiyle ilişkili üç serbestlik derecesi vardır. Elbette iniş ve kalkış, hız değişimi gibi problemlerle ilişkili çok sayıda başka serbestlik derecesi de vardır. Ancak belirli bir anlamda, pilotun görevinin karmaşıklığının büyük ölçüde bu üç serbestlik derecesini eşgüdümlü bir biçimde kontrol etmek zorunda olmasından kaynaklandığını söyleyebiliriz. Bu eşgüdümün üç ayrı düzeyde gerçekleştiğini iddia ediyorum.
Üç Eşgüdüm Düzeyi
Öncelikle mantıksal düzey vardır. Mantıksal düzeyden söz ettiğimde, doğal dil kullanılarak açıklanabilen, ayrık kararlara yol açan bir tür bilgi işleme sürecinden bahsediyorum. Aslında bu kararlar her zaman dili içerir; pilot ile yardımcı pilot arasındaki konuşmalar, pilot ile yer kontrolü arasındaki konuşmalar, "Alçalmaya başlayın"; "Kalkış için serbestsiniz" gibi mesajlar buna örnektir. Yardımcı pilot ve mühendis, iniş takımının yukarıda olduğuna dair pilota onaylayıcı sinyaller verebilir. Dolayısıyla mantıksal düzeyde, ayrık olaylarla ilgilenildiğini söyleyebiliriz.
Bununla birlikte, oldukça özel bir eğitim gerektiren başka bir kontrol düzeyi daha vardır. Buna geometrik düzey adını veriyorum; çünkü sürekli hareketle ilgilenir. Eğer insan faktörleri adı verilen bir alanla ilgileniyorsanız, pilotun görevlerini nasıl yönettiği konusu sizin için çok önemli olabilir. Bu son derece önemlidir ve bir uçağın kokpitinin pilot için elverişli olması ve kas sistemiyle iyi bir uyum sağlaması amacıyla tasarımına büyük çaba ve kaynak harcanır. Geometrik düzeyde gerçekleşen eylemlerin tanımı eğriler içerir. Bunu doğal dille tam olarak tarif edemeyiz; bir tür geometrik ya da kinematik dil kullanmamız gerekir. Bunu matematiksel hale getirebiliriz, ancak en doğrudan yol, pilotun uçağı kontrol ederken eklemlerinin nasıl hareket ettiğine dair eğrileri sunmaktır. Elbette bu hareketler bağımsız değildir; gerekli eylemi gerçekleştirmek üzere birbirlerine bağlı olarak eşgüdümlüdürler. İnsanların bu tür bir eşgüdümü nasıl başardıkları tam olarak anlaşılmış değildir.
Son olarak, sinir sisteminin, ya da robotun, ya da uçağın daha da derinlerinde dinamik düzey yer alır. Hareketi gerçekleştirmek için kuvvetler uygulamak gerekir. Kuvvetler ile hareket arasındaki ilişkiyi anlamak için ise ivme kavramına sahip olmak gerekir; bu da esasen, Newton dönemine ve mekanik yasalarına uzanan kalkülüsü anlamak demektir.
Görev Ayrıştırma ve Kas İmpulsları
Şimdi, bilgi bilimi ya da biyolojik bir bakış açısından, bu düzeyler arasında işleyen iki tür süreç ya da ilişki gözlemlenebilir. Öncelikle, aşağı doğru bir görev ayrıştırması söz konusudur. Pilot belki de "Bugün işe gitmem gerekiyor" diye düşünerek başlar. Daha sonra işe nasıl gideceğine dair bir plan yapar ve uçağa yaklaştıkça bu plan giderek daha ayrıntılı hale gelir. Uçağı gerçekten uçurduğu sırada, eğitimini tamamladıktan sonra, eklem hareketleri bilinçaltı bir düzeyde eşgüdümlenir. Ve daha da derin, erişilemeyen bir düzeyde, pilotun uzuvlarının hareketini yöneten kaslara gerekli elektriksel impulsların sağlanması problemi vardır. İnsan vücudunda yaklaşık 800 kadar ayrı kas bulunmaktadır ve nihayetinde hareket bu düzeyde gerçekleştirilir.
Güdümlü füzeler ve uçaklar üzerinde 15 yıl çalıştıktan sonra, özellikle engellilere daha iyi yardımcılar sağlama ile ilişkili olarak insan hareketine ilgi duymaya başladım. Silahlar üzerinde yeterince uzun süre çalıştığınızda, karşı tarafta bulunan insanlar hakkında düşünmeye başlıyorsunuz. Yapay uzuvların ve desteklerin çok ilkel olduğunu ve fazla değişmediğini, elektroniklerin ise pek katkı sağlamıyor gibi göründüğünü gözlemledim. Bu nedenle biraz safça, güdümlü füzelerde ve uçaklarda kullanılan otomatik eşgüdüm tekniklerinin, bazı hareketlerin otomatik olarak eşgüdümlendiği, motorlu bir yapay uzuv tasarlamak için kullanılabileceğini düşündüm.
Bu problemin fazla zor olduğunu anlamak uzun sürmedi. İnsan iskeletindeki 200’den fazla "mafsal" ve bunları kontrol eden 800’den fazla eyleyici ile çok fazla serbestlik derecesi vardır. Bu nedenle, ben ve University of Southern California’daki meslektaşlarım oldukça hızlı bir şekilde daha basit bir probleme geri döndük: robot hareketinin eşgüdümü problemi. "Robot" terimi kabul görmediği için, yürüyen makineler üzerinde çalıştığımızı söyledik. Çalıştığımız makineleri genel robotlardan ayırt etmek için hâlâ bu terimi kullanıyoruz.
Daha Az Serbestlik Derecesi
Robotlar üzerinde çalışmanın çekici olmasının nedeni, günümüzde çok daha az serbestlik derecesine sahip olmalarıdır; bu sayı yaklaşık 4’ten 18’e kadar değişmektedir. Muhtemelen endüstriyel robotlara en aşina olanınız, ancak burada endüstriyel robotlardan söz etmediğimi özellikle belirtmek isterim.
Endüstriyel robot, bir forklift ile çalışma istasyonuna getirilmesi dışında hareketsiz olan bir makinedir. Bir fabrikada, son derece yapılandırılmış bir ortamda, tekrarlayıcı bir işi yapar. Etkili olmasının nedeni de budur. Günümüzde endüstriyel robotlar, en kirli, en tekrarlayıcı, en insanlık dışı iş türlerinde insanların yerini almaktadır.
Bununla birlikte, hareketlilik gerektiren başka koşullarda da robotlara ihtiyaç vardır. Bunlardan çok önemli biri nükleer enerji endüstrisidir. Yakın zamanda Paris’te Super Phoenix Üretken Reaktörü için bir boru denetim robotunun prototipinin çalışmasını izledim. Bu reaktörde, çok yüksek sıcaklık ve yüksek radyasyon ortamında, kaynakların bütünlüğünün zaman zaman kontrol edilmesi gerekir. Reaktörün yüzeyi 200 derece Santigrattır ve radyasyon seviyesi oldukça yüksektir. Bu nedenle Fransız Atom Enerjisi Komisyonu’ndan M. Jean Vertut, tekerlekler ve bacakların bir birleşimini kullanarak reaktörün dar alanlarında hareket eden ve kaynakların bütünlüğünü denetleyen son derece akıllı bir aygıt geliştirmiştir. Reaktörü kapatmadan bu işi yapmanın başka bir yolu yoktur. Amaç, bunu reaktör çalışırken, çevrimiçi olarak yapmaktır.
Robot sistemlerinin insanlardan daha etkili olabileceği bir başka alan da uzaydır. NASA, uzayda büyük yapılar inşa etmekten giderek daha fazla söz etmektedir; büyük antenler, belki güneş enerjili üretim sistemleri ve benzeri yapılar. Bu yapılar, çok dayanıksız oldukları için yeryüzünde inşa edilemezler. Dayanıksız olmasalardı bu kez de çok ağır olurlardı. Uzayda bir kişinin emniyet halatıyla çalışmasının saatlik maliyetinin 50.000 dolar olduğu söyleniyor. Büyük bir yapı üzerinde hareket edebilen ve basit montaj işlemlerini gerçekleştirebilen hareketli bir robotun kullanılması kesinlikle mantıklı olurdu.
Yapay Bir At
Şu anda kişisel olarak en yoğun biçimde çalıştığım alan, araziye uyum sağlayan araçlar alanıdır. Burada aradığımız şey, kabaca söylemek gerekirse, yapay bir attır. Çok engebeli arazilerden, biniciyi sarsmadan ve aşırı enerji harcaması gerektirmeden geçebilecek bir şey istiyoruz.
Bu olasılıklar aralığını gerçekçi bir biçimde değerlendirebilmemiz, yalnızca mikroelektronik sayesinde mümkündür. Yapay uzuvlar ve robotik üzerine yaptığım araştırmaların ilk 15 yılında, kabul edilebilir bir maliyetle yeterli hesaplama gücünün bulunmaması beni hayal kırıklığına uğrattı. Şimdiye kadarki deneysel makinelerin tümü bir kablo aracılığıyla bir bilgisayara bağlıdır. Henüz hiçbirinin kendi içinde bilgisayarı yoktur. Uygun yongaların kullanılabilir hale gelmesi sayesinde bunun üç yıl içinde mümkün olmasını bekliyoruz.
Bacaklar ve Tekerlekler
Şu soru sorulabilir: “Neden yürüyen robotlar? Neden tekerlekler yerine bacaklar kullanılıyor?” Sonuçta tekerlek genellikle ileri bir toplumun simgesi olarak kabul edilir ve örneğin Kuzey Amerika Kızılderililerinin belirli bir gelişim düzeyinde takılıp kalmalarının nedeninin tekerleği geliştirememeleri olduğu sıkça söylenir. Bu doğru olmayabilir. Belki de mekanik bacağı geliştiremedikleri için orada kaldılar. Çünkü sonuçta otoyolları yoktu ve otoyol olmadan tekerlekler pek işe yaramaz. Avrupa ve Asya’daki tekerlekli ulaşımın gelişimine bakarsanız, bunun yol teknolojisinin gelişimiyle paralel ilerlediğini görürsünüz.
Yakın gelecekte yürüyen makinelerin geliştirilmesine önemli destek sağlanması en olası alan, askeri lojistik destek alanıdır. Etrafınızdaki tepelere bakarsanız, bu arazilerden geçebilecek araçlarımızın olmadığını fark edersiniz. Öte yandan hayvanlar orada yaşar. Bunu yapabilmelerinin nedeni, bir tekerleğin araziyle etkileşiminin, bir bacağın etkileşiminden oldukça farklı olmasıdır. Bu son derece basittir. Bir tekerleği yumuşak ya da kayalık toprağa koyduğunuzda, yaptığı ilk şey toprağa gömülmektir ve bunu yaparken sürekli olarak içinden çıkmak zorunda kaldığı bir çukur meydana getirir. Buna karşılık bir bacak, bugüne kadar biyolojik bir bacak, ters bir etki yaşar. Bir yokuşa tırmanmaya ya da yumuşak toprakta yürümeye çalıştığınızda, bacağınızın hareketi toprağı ileri değil geriye iter ve size yardımcı olan bir çöküntü oluşturur. Engebeli arazide bacakların tekerleklerden daha iyi olmasının temel nedeni budur. Bu olgu, Dünya’nın kara yüzeyinin yaklaşık %50’sinin tekerlekli ya da paletli hiçbir araca erişilebilir olmamasını açıklar. Elbette bu alanların birçoğuna helikopterle ulaşılabilir, ancak helikopterler çok pahalı makinelerdir. Yalnızca iyi hava koşullarında çalışırlar ve pek çok başka sınırlamaya sahiptirler.
Tekerlekler yerine bacaklar kullanmanın bir başka nedeni de, tundra bölgeleri gibi hassas ya da zor arazilerde ekonomik açıdan anlamlı faaliyetler gerçekleştirmektir. Çok büyük hayvanlar olan yüz binlerce karibu sürüsünün bir bölgeden geçtiğinde araziye zarar verdiği gözlemlenmiştir. Ancak bu zarar yaklaşık bir yıl içinde iyileşir. Buna karşılık, aynı bölgeden bir paletli traktör bir kez geçtiğinde, oluşan izin iyileşmesi 100 yıla kadar sürebilir ya da hiç iyileşmeyebilir. Hatta 20 ya da 30 feet derinliğe kadar varan yarıntılar oluşturan erozyona yol açabilir. Bunun nedeni yine toprak mekaniğinde yatmaktadır. Hayvanlar alanı küçük olan ayrık ayak izleri bırakırlar. Paletli traktörler ise, bir yandan daha önce belirtilen problemi aşmak için toprakla daha şiddetli bir etkileşime girerler, diğer yandan ve daha da önemlisi, erozyonu tetikleyen sürekli bir iz üretirler.
Uzayda montaj konusuna daha önce değinmiştim. Tekerlekler yalnızca verimli çalışmak için yollara ihtiyaç duymazlar, aynı zamanda yerçekimine de ihtiyaç duyarlar. Tekerlek, önyargılı olması gereken bir aygıttır; üzerinde hareket edeceği yüzeylere doğru bastırılması gerekir. Yeryüzünde bu amaç için mevcut fiziksel kuvvet yerçekimidir. Uzayda yerçekimi yoktur. Dolayısıyla uzayda otomobilleriniz olamaz.
Tehlikeli Ortamlar
Son olarak, daha önce değindiğim tehlikeli ortamlar örneği, nükleer reaktörlerin ötesine geçmektedir. Buna yangınla mücadele, yeraltı madenciliği ve daha pek çok olasılık dahildir; insanları değil makineleri göndermek istediğimiz yerler. Ancak makineler, hareketlilik eksikliği nedeniyle orada değildir. İtfaiyeci yanan binaya girer; bunun nedeni orada zekâsına ihtiyaç duyulması değil, hortumu çekecek şu anda sahip olduğumuz tek şeyin bacakları olmasıdır. Eğer hortumu binanın içine sürükleyecek bir şey olsaydı, dışarıda kalıp televizyonla çalışabilirdi.
Ordu Katırı
Yaklaşık 1943 yılına kadar Birleşik Devletler Ordusu, zorlu arazilerde malzeme taşımak için yük hayvanları kullanıyordu. Ve özellikle iri bir hayvan türü olan bir ABD Ordusu katırı, çok engebeli arazide bir günde 15 mil boyunca 400 lb ya da 30 mil boyunca 250 lb taşıyabiliyordu. Şimdi katırların bazı
1 2 4 8 0 4 0 5 4 5 7 2 6 8 6 1 3 7 3 7 3 1 1 0 1 6 8 6 0 4 6 5 8 3 7 6 2 4 3 8 8 2 2 3 6 0 4 7 8 4 4 2 0 8 5 7 9 2 3 8 6 8 0 1 2 0 1 2 5 3 6 0 0 8 8 7 1 3
5 3 0 7 1 0 5 0 9 0 0 2 0 0 4 0 0 8 0 4
---
## MAXIMDIDGE
Bu tür bir bulmacada, 14 ya da daha az farklı harf kullanan bir özdeyiş (yaygın bir deyiş, atasözü, iyi bir öğüt vb.), 10 ondalık rakama ya da eşdeğer işaretlere ve birkaç ek işarete (basit bir yerine koyma şifresi kullanılarak) şifrelenmiştir.
Ek harfleri işaret kümesine sıkıştırmak için, şifreleyen kişi kelime oyunları, küçük yazım değişiklikleri, eşdeğerler (X için CS ya da KS gibi) vb. kullanabilir. Ancak kelimeler arasındaki boşluklar korunur.
### MAXIMDIDGE 8503
00 CJ-H. ~-0 y. 7 Dfl- $ VE z 0 D tLr D 0 o -ti'll tµ <v o V. ```
Neil Macdonald