Robotik Nedir? Gelecekte Robotlar Nasıl Olacak?

Robotik Nedir? Gelecekte Robotlar Nasıl Olacak?

Robot terimi, emek veya angarya anlamında olan Slavca “robota” kelimesinden gelir. İnsansı makineler için terim olarak kullanılan “robot” ilk olarak Çek yazar Karel Čapek'in (1890–1938) Rossums Universal Robots adlı oyununda ortaya çıktı. Bir bilim kurgu yazarı olan Isaac Asimov, robotlardan ilk olarak 1942'de, “Runaround” adlı kısa öyküsünde bahsetmiştir. Bununla birlikte, otomatik makineler üretme arzusu ve fikri çok daha eskilere dayanmaktadır. Leonardo Da Vinci, robot yapımı için eskizler ve planlar yapmıştır. İnsanlar, görevleri yerine getirebilen veya onlarla etkileşim kurabilen makineler yaratmaktan her zaman etkilenmişlerdir.

Thomas Christaller'e göre robotlar, "insan kapasitesini genişletmeyi sağlayan, sensör motorlu makinelerdir”. Robotlar, mekatronik bileşenlerden, sensörlerden ve bilgisayar tabanlı kontrol işlevlerinden oluşurlar. Robotik ise robotların tasarımı, üretimi ve kullanımı ile ilgilenen çok disiplinli bir bilim dalıdır.

Robotların birçok farklı durumda kullanılması amaçlansa da, günümüzde daha çok tehlikeli görevlerde, insanoğlunun yaşayamadığı uzay, sualtı, yüksek sıcaklık ve radyasyonlu ortamlarda kullanılmaktadır. Robotlar her biçimde yapılabilmektedir ve bazı robotlar insana benzer olarak yapılmaktadır. Bunun, robotların insanlar tarafından kabulünü kolaylaştıracağı düşünülmektedir.

Robotun Ana Bileşenleri Nelerdir?

Hesaplama: Robotlar, belirli bir durumda gerçekleştirecekleri eylemleri belirleyen kontrolör adı verilen merkezi işlem birimlerine sahiplerdir, kontrolörler, bir vidayı çevirmek kadar basit veyahut bir insanın sosyal davranışlarını ve ifadelerini taklit etmek kadar karmaşık görevleri yerine getirmek için programlanabilir.

Hareket: Robotlar, insan operatörlerinin fiziksel müdahalesi olmadan serbestçe hareket etmelerine imkân sağlayan belirli mekanik parçalara ihtiyaç duyarlar, bu parçalar, hareket etmelerine izin veren tekerlekler ve onları iten motorlar gibi araçları içerir. Tutucular gibi diğer bileşenler, çevreleriyle doğrudan arayüz oluşturmalarını sağlar.

Sensörler: Sensörler, robotların çevrelerini tanımasını sağlayan donanımlardır. Robotlara bir nesnenin boyutunu, şeklini, ortamın sıcaklığını ve diğer özellikleri algılama yeteneği sağlar. Bu yetenekler, işlemcilerin etraftaki ortam hakkında veri toplamasına ve robotun buna göre hareket etmesine olanak tanır.

Endüstriyel Robotlar Nasıl Doğdu?

Biçim olarak insansı olmasa da esnek davranışlara ve bazı insani fiziksel özelliklere sahip robotlar, endüstri için geliştirilmiştir.

İlk sabit endüstriyel robot, programlanabilir Unimate; isteğe bağlı hareket dizilerini tekrarlayabilen, elektronik olarak kontrol edilen bir hidrolik ağır kaldırma kolu 1954 yılında Amerikalı mühendis George Devol tarafından icat edildi.

Unimation Inc., Amerikan mühendis Joseph Engelberger tarafından 1956 yılında kurulmuş bir şirkettir. 1961'de Condec Corp. kalıp döküm makinesinden sıcak metal parçalarını kaldırmak ve istiflemek gibi görevleri olan, dünyanın ilk üretim hattı robotunu GM fabrikasına teslim etti.

Sensörler tarafından yönlendirilen, daha gelişmiş bilgisayar kontrollü elektrikli kollar, 1960'ların sonlarında ve 1970'lerde Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) ve robotik el-göz araştırmalarında kameralarla birlikte kullanıldığı Stanford Üniversitesi'nde geliştirildi. GM için Unimation ile birlikte çalışan Stanford'dan Victor Scheinman, endüstride kullanılan ve bu türde ilk olan kolu tasarladı.

Mobil endüstriyel robotlar ise ilk kez 1954'te ortaya çıktı. O yıl Barrett Electronics Corporation tarafından yapılan sürücüsüz bir elektrikli araba, Güney Carolina'daki bir bakkal deposunun etrafına yük çekmeye başladı. Bu tür makineler, AGV’ler (Otomatik Kılavuzlu Araçlar), genellikle beton zeminlere yerleştirilmiş, sinyal yayan telleri takip ederek gezinirlerdi. 1980'lerde AGV’ler, basit elektronik kontrollerin sağladığından, daha karmaşık davranışlara izin veren mikroişlemci kontrolörleri satın aldı. 1990'larda yeni bir navigasyon yöntemi depolarda kullanım için popüler hale geldi.

Endüstriyel robotlar ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri'nde ortaya çıksa da, gelişmeler tam olarak orada yaşanmadı. Unimation, 1983'te Westinghouse Electric Corporation tarafından satın alındı ve birkaç yıl sonra kapatıldı. Bir diğer büyük Amerikan hidrolik kol üreticisi olan Cincinnati Milacron, Inc., robotik bölümünü 1990 yılında İsveçli Asea Brown Boveri Ltd. firmasına sattı. 1980'lerde ise Japonya ve Avrupa'daki diğer şirketler güçlü bir şekilde sahaya girmeye başladı. Yaşlanan bir nüfus ve buna bağlı olarak iş gücü sıkıntısı olasılığı, Japon üreticileri gelişmiş otomasyonu denemeye teşvik etti ve robot üreticileri için bir pazar oluşturdu. 1980'lerin sonunda - Fanuc Ltd., Matsushita Electric Industrial Company, Ltd. , Mitsubishi Group ve Honda Motor Company, Ltd.'nin robotik bölümleri tarafından yönetilen Japonya , endüstriyel robotların üretimi ve kullanımında dünya lideriydi.

Endüstriyel robotların kullanılmasının sağladığı avantajlar şu şekilde sıralanabilir:

• İnsanların fiziksel özelliklerini zorlayan işlerde çalışabilirler,
• İnsan sağlığı için elverişsiz ve tehlikeli koşullarda çalışabildiklerinden işyeri güvenliğini arttırırlar,
• Sahip oldukları yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlikleri sayesinde ürün kalitesinde standartları korurlar,
• Bozuk üretim miktarını azaltarak, hammadde israfı engellenir ve üretim maliyetini düşürürler,
• Yeniden programlama sayesinde yeni bir işe kolayca adapte edilebilirler,
• Monoton, sıkıcı ve yorucu işlerde verimi ve ürün kalitesini düşürmeden, hızlı bir şekilde, sürekli çalışarak daha çok iş yapabilirler,
• Uzaktan erişim, yönetim, kontrol edilebilme özelliklerine sahiptirler,
• Aynı ortamda, birlikte, sorunsuz ve hızlı bir şekilde çalışabilmektedirler,
• İşyeri güvenliği, sağlık, eğitim, sigorta vb. giderlerin azaltılmasıyla birlikte ucuz işgücü sağlarlar.

IFR’nin verileri ışığında, 2018 yılında dünya genelinde 2,4 milyondan fazla endüstriyel robot fabrikalarda işbaşında bulunuyor.

IFR tarafından sunulan 2019 Dünya Robot Raporu’na göre endüstriyel robotların sektörel bazlı kurulumunda yüzde 30’luk pay ile otomotiv sektörü birinci sıradaki yerini koruyor. Otomotivi, yüzde 25 ile son yıllarda ivme kazanan elektrik ve elektronik sektörü izlerken, 3. sıraya yüzde 10 ile metal sanayi yerleşiyor.

Yaklaşık 795 milyar dolar tutarındaki gayri safi milli hasılası ile dünyanın en büyük 17. ekonomisi olmasına rağmen Türkiye, 150 milyar dolarlık dünya otomasyon pazarında 1 milyar doları bile bulmayan cirosu ile Çin’in lider olduğu listede, ilk 25 ülke içinde yer alamıyor. Gelişmiş ülkelerin gayri safi milli hasılalarının ortalama yüzde 0.5 ila yüzde 2’si arasında değişen otomasyon pazarı, Türkiye’de 800’de 1’i düzeyinde. Bu durumun sebebini ise otomasyon bütçelerinin hâlâ, en alt düzey otomasyon çözümlerine ayrılmış olmasından kaynaklanıyor.

Oysa Türk endüstrisinin dünya klasına yükselmesi, dikey entegrasyon olarak adlandırılan ERP sistemleri ile entegrasyonuna, imalat iş zekası/optimizasyon çözümlerinin yaygınlaşmasına, ileri kontrol sistemlerinin kullanımına, PLM ve MES yazılımlarının benimsenmesine bağlı.

Robotlaşmanın Ekonomik Parametrelere Olan Etkisi

Robotik teknolojinin sahip olduğu bu donanım özellikle endüstri alanında işletmelere ciddi miktarda maliyet avantajları sağlamaktadır. Artan küresel rekabet ortamında varoluşlarını devam ettirmek isteyen işletmeler ise bu alandaki yatırımlarını arttırmaktadır. Oxford Economics firmasının yaptığı çalışma sonucunda, dünyada 20 milyon imalat işinin, 2030 yılına kadar robotlar tarafından yapılabilir hale geleceği beklenmektedir.

Yönetim Danışmanlık Şirketi Boston Consulting Group ise otonom robotları, geleceği ve endüstriyel üretimi dönüştüren dokuz teknolojiden biri olarak değerlendirmektedir. BCG’ye göre diğer sekiz teknoloji ise; simülasyon, yatay ve dikey sistem entegrasyonu, nesnelerin interneti (IoT), siber güvenlik, bulut, eklemeli üretim, sanal gerçeklik ve büyük veridir.

BCG’ye göre birçok sektörde kullanılan robotlar daha fazla kullanım için evrimleşeceklerdir. Yaşanması muhtemel robot evrimi ise küresel dünyada kendini hissettirmeye şimdiden başladı. Bu bağlamda Suudi Arabistan’ın insansı bir robota vatandaşlık hakkı vererek bir ilke imza atması dikkat çekici bir gelişmedir. Avrupa Birliği’nde de robot-birey etkileşimini konu alan çalışmalar yapılmaya başladı. Bu doğrultuda Avrupa Parlamentosu, robotların bireylerle olan ilişkilerini yazılı kurallara bağlayan bir tasarıyı tasdik etti. Tasarıda “elektronik insan” olarak kabul edilen robotlara yasal statü verilmesi dikkat çekerken, olası sistem hatalarında güvenlik konusunun nasıl çözüleceğine dair bir fikir ortaya çıkmamıştır. Yapay zekanın insan zekasını geride bırakabileceği ihtimaline bir süredir şahit oluyoruz şayet hazırlıklı olunmaz ise bu durumun, insanlığın dünyadaki varlığını tehlikeye atabileceğini de unutmayalım. OECD tarafından saptanan ve yapay zeka uygulamalarını destekleyip bu uygulamalara esneklik kazandıran yapay zeka ilkeleri 2019 yılında OECD üyesi ülkeler tarafından imzalanmıştır. OECD yapay zeka ilkeleri, hükümetler tarafından yapay zeka üzerine imzalanan ilk metindir.

Yardım Eli

Esnek malzemelerden yapılmış yumuşak bir robotik el olan devrim niteliğindeki RBO Hand 3’ün tasarımcıları, ona bir insanın dokunma hissine benzer bir şey vermek için çalışıyor. Özellikler, parmakların nesnelerle (veya insanlarla) temas halinde olduğu yerleri ve kuvvet miktarını izlemek için elektrik direnci ve gömülü akustik yoluyla gerilimi ölçen sensörleri içerir.

1) Algıla

Bir kamera hedef nesneyi algılar ve verileri, ele komut sinyalleri gönderen robotun “beynindeki” bir masaüstü bilgisayardaki yazılıma gönderir.

2) Grasp

Bir kompresörden gelen basınçlı hava parmakları harekete geçirerek, herhangi bir darbeyi kontrol ederken gerektiği gibi kıvrılıp düzeltmelerine olanak tanır. Sıkı bir kavrama için parmaklar nesnenin etrafında kalıplanır.

3) Manipülasyon

Yumuşak uyumlu bir el ve karşıt başparmak, robotun nesneyi daha iyi kavramak veya başkasına vermek gibi çeşitli görevleri gerçekleştirmek için nesnenin komunu değiştirmesine olanak tanır.

4) Etkileşim

İnsanlarla çalışma söz konusu olduğunda yumuşak robotlar sert, metal robotlardan daha güvenlidir. Bir insana zarar verebilecek herhangi bir darbe veya kuvvet, yumuşak malzemelerle azaltılır.

Hareket Modelleri

İnsan eli, her manuel görev için mükemmel şekilde uygun değildir. Çoğu robotik el, özelleşmiş, çoğu kez tekrar eden görevleri gerçekleştirmek için tasarlanmıştır- bazıları tasarım ilhamını hayvan dünyasından alır.

- Vakum Kapmak

Tutucu, yumuşak haliyle nesneyi çevreler – sonra onu kavramak için bir boşluk yaratır.

- Kavrayıcı Dokunaç

Ahtapottan ilham alan tutucu, vantuz sıralarıyla kendini bir nesnenin etrafına sarar.

- Esnek Kanatlar

Yumuşak, hafif ve esnek kanatlar, kırılgan bir nesneyi almak için elektrostatik kuvvetleri kullanır.

- Yüksek Hızlı Pençe

Gezegenlerdeki en hızlı olan bu robot eli, saniyenin beşte biri gibi bir sürede bir nesneyi yakalayabilir.

- İnsansı El

Bu robot, ultra hassas dokunma sensörlerine sahiptir ve tıpkı bir insan eli hareket eder gibi hareket eder.

- Biyomimetik El

Yapay eklem kaosilleri ksuçuk bağlar ve tendonlarla insan elini taklit eder.

ROBOTLARIN KULLANIM ALANLARINA ÖRNEKLER

Pathfinder ve Sojourner

Mars Pathfinder, 1997 yılında Mars yüzeyine üzerinde bir ana istasyonu ve keşif robotunu başarıyla indirmiş Amerikan uzay aracıdır. İniş takımları ile birlikte Carl Sagan Hatıra İstasyonu olarak anılan, tekerlekli ve hafif keşif aracının adı ise Sojourner'dir. Bu, Mars'a yapılan ve kaşif robotu bulundurması planlanan ilk görevdir. Ayrıca 1976'da iniş yapan iki Viking aracının ardından, kızıl gezegene yapılan ilk başarılı iniştir. Bilimsel deneylere ek olarak, Mars Pathfinder görevi aynı zamanda birçok konseptin ve teknolojinin sorunsuz çalıştığını kanıtlamıştır. Bunlardan bazıları, hava yastığı ile iniş sistemi ve otomatik obje kaçınma sistemleridir ki bu sistemler daha sonra Mars Exploration Rover Projesinde bir standart haline gelmiştir.

Canadarm

Canadarm (Canadarm 1) olarak bilinen Mekik Uzaktan Manipülatör Sistemi (MUMS), dağıtmak üzere uzay mekiği yörüngesi üzerinde kullanılan, manevra ve görev yükü yakalamak için kullanılan robotik kol dizisidir. Uzay Mekiği Columbia felaketinden sonra, Canadarm, Orbiter Boom Sensör Sistemi (OBSS) ile eşleştirilmiş olduğu termal koruma sistemi hasarlarını ve mekik dışını incelemek için kullanılmıştır.

Mobil Servis Sistemi

Mobil Servis Sistemi ( MSS ) , Uluslararası Uzay İstasyonu(ISS)’nda istasyon montajı ve bakımında önemli bir rol oynayan, ekipman ve malzemeleri istasyon etrafında hareket ettiren, uzayda çalışan astronotları destekleyen, ISS'ye bağlı aletlere ve diğer yüklere hizmet eden, harici robotik sistemdir.

Dextre

Dextre olarak da bilinen, Özel Amaçlı Dexterous Manipulatör ( SPDM ), iki silahlı robot veya telemanipülatör parçasıdır. 11 Mart 2008'de STS-123 görevine başlayan Dextre, yörünge değiştirme ünitelerini idare etmek için tasarlanmıştır. Birçok yedek parça ISS'de depolanır. Dextre, bu parçaları çalışma sahalarına taşıyabilir ve arızalar meydana geldiğinde yedek parçaları kurabilir. Dextre gelmeden önce astronotların bu işi gerçekleştirmek için uzay yürüyüşleri yapması gerekiyordu.

Bilişsel Otomasyon

Bilişsel otomasyon büyük veri kümelerini anlamak için dil işleme, veri madenciliği ve semantik teknoloji gibi araçları kullanmaktadır. Daha sonrasında ise bu bilgileri yararlı tahminler ve analizler üretmek için kullanır. Bu çalışmalar, bilgi işlem sistemlerinin alabileceği büyük veri hacmini anlamlandırarak, işletmelere sahip olmayacakları bilgileri sağlamaktadır. Şirketlerin, iş uygulamalarını yeniden değerlendirmek ve optimize etmek için bilişsel otomasyon tarafından sağlanan analizleri daha yoğun şekilde kullanmaları ön görülmektedir.

Emniyet ve Güvenlik

Tekrarlayan ticari işlemleri otomatikleştirme pratiği olan robot süreç otomasyonu (RPA), güvenliği arttırmada da önemli bir potansiyel sağlıyor. İnsan hatalarından kaynaklı güvenlik riskleri, belirli işlemlerin otomatikleştirilmesi ile bu endişeyi ortadan kaldırıyor. Malum insanların dikkatleri dağılabilir ve yorulabilirler. Bu da fiziksel yaralanmalara veya şirkette maddi yaralanmaya neden olabilecek hatalara yol açabilir. Robotik varlıklara daha basit ve sıradan görevler vermek, güvenliği sağlayarak, insanlara daha acil ve karmaşık işlere odaklanmak konusunda fırsat yaratmaktadır.

Depo Lojistiği

Envanter yönetimi birçok işletmenin önemli iş kollarından biridir. Yetersiz eğitim ve yanlış veri girişi gibi basit hatalar tüm sürecin işleyişini engelleyebilmektedir. Bir işçinin hata yapmasına neden olabilecek prosedür değişiklikleri veriye dayalı bir makineyi etkilemezken; robotik teknolojilerin depo lojistiğine uygulanması, bu envanter hatalarının azaltılmasına yardımcı olur ve bunları takip eden sorunları önleme olanağı sağlar.

Tehlikeli Görevler

Teknolojideki ilerlemeler, şirketlerin daha tehlikeli ortamlarda uygulamalarını sağlayan daha esnek makinelerin hayata geçmesine imkân tanıyor. Tehlikeli bölgelerde robot kullanmak sadece insanlar için riski azaltmakla kalmayarak, aynı zamanda işletmelerin, içerdiği tehlikeler nedeniyle daha önce gerçekleştirilemeyen yeni görevleri yerine getirmesine de olanak tanıyor.

Perakende Desteği

Perakende, robotların ve insanların birlikte nasıl çalışabileceklerini kanıtlayan önemli bir sektördür. Makineler genellikle veri odaklı ve monoton işlerde üstündür, insanlar ise konuşma ve misafirperverlik gerektiren alanlarda daha iyidir. Her ikisinin de en uygun olduğu alanlarda kullanılması işletmelerin verimliliğini katlanarak arttırabilir. Fiziksel mağazaların internet muadillerine göre temel avantajı insan bağlantısıdır. Göründüğü kadarıyla sezgisel olarak, robotik perakendecilerin bu avantajdan en iyi şekilde yararlanmasına yardımcı olabilir.

Eğlence Alanında Robotlar

Eğlence alanındaki robotlar genel olarak hobi amaçlı veya oyuncak olarak kullanılmaktadır. Dünya genelinde, hobi amaçlı robotların sergilendiği veya yarıştırıldığı çeşitli etkinlikler düzenlenmektedir. Ayrıca, sinema sektöründe, film görüntü efektleri tekniğinde de robotlar kullanılmaktadır.

Tıp ve Sağlık Alanında Robotlar

Tıp ve sağlık alanındaki robotlar, cerrahi operasyonlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Cerrah elinden daha hassas bir kabiliyete sahip olmaları ve boyutlarının oldukça küçük olmasından dolayı çoğu alanda işlevsellerdir. Ayrıca, fizik tedavi ve rehabilitasyon amacıyla kullanılan robotlarla felçli hastaların tedavilerinde etkili sonuçlar elde edilebilmektedir. Teknoloji, geleneksel hizmet modellerini değiştirirken, sistemde entegrasyonun artmasında da etkili oluyor. Sektörde yenilikçi çözümler sunan örnekler artıyor. Telefon uygulamaları üzerinden hasta rehberliği, giyilebilir medikal teknolojiler, uzaktan teşhis ve reçete imkânı, hasta iletişim ağları, sensör aracılığıyla uzaktan hasta takibi, biyometrik veri akışı sağlayan çipler robotların sağlık sektörüne sunduğu hizmetlerinden bazılarıdır.

Eğitim ve Araştırma Alanında Robotlar

Eğitim alanındaki robotlar, fen ve teknoloji, matematik gibi derslerin öğretiminde, zihinsel engelli ve otizmli çocukların eğitiminde, yabancı dil eğitiminde yardımcı öğretici olarak kullanılmaktadır. Her geçen gün yapılan araştırmalar ile duyguların, jest ve mimiklerin gösterilebildiği robotların ilgi çekici ve dinamik olmaları eğitimde daha etkili bir iletişim sağlamaktadır.

Tarım ve Hayvancılık Alanında Robotlar

Tarım ve hayvancılık alanında zamandan ve maliyetten tasarruf sağlamak için kullanılan robotlardır. Bu robotlar, tarlaların sürülmesi, tohum ekilmesi, hasat, sulama, gübreleme, ilaçlama gibi tarımsal faaliyetlerde kullanılır. Ayrıca süt sağımı ve besleme gibi hayvancılık faaliyetlerinde de kullanılmaktadır.

Gelecekte Robotlar Nasıl Olacak?

Çok sayıda şirket, özel kurulum gerektirmeden çevrelerinde dolaşabilen, ortak nesneleri tanıyan ve basit işleri gerçekleştirebilen tüketici robotların üzerinde çalışıyor. Belki de önümüzdeki yıllarda, neredeyse her rutin iş için programlanabilen, kertenkele benzeri zihinlere sahip geniş çapta yetkin evrensel robotlar üretilmiş olacak. Bilgi işlem gücünde beklenen artışlarla birlikte, 2030 yılına kadar eğitilebilir fare benzeri zihinlere sahip ikinci nesil robotların üretilmesi mümkün görünüyor. Uygulama programlarının yanı sıra, bu robotlar, önceden tanımlanmış koşullarda pozitif ve negatif güçlendirme sinyalleri üreten, yazılım koşullandırma modülleri takımına ev sahipliği yapabilir.

2040'a kadar bilgi işlem gücü, maymun benzeri zihinlere sahip üçüncü nesil robotların kullanımını mümkün kılacaktır. Bu tür robotlar, fiziksel, kültürel ve psikolojik faktörleri modelleyerek simülasyonlardaki zihinsel provalardan öğrenecekler. Fiziksel özellikleri, nesnelerin şeklini, ağırlığını, gücünü, dokusunu ve görünümünü ve bunlarla nasıl başa çıkılacağına dair donanımı da içerecek. Robotlara uygulanacak psikolojik faktör hedefleri, inançları, duyguları ve tercihleri ​​içerirken, simülasyon, dış olayları izleyecek ve modellerini gerçeğe sadık kalmaları için ayarlayacak. Bu, bir robotun taklit yoluyla öğrenmesine izin vererek ona bir tür bilinç sağlayacak. 21. yüzyılın ortalarında, dördüncü nesil robotlar, soyutlama ve genelleme yapabilen insan benzeri bir zihinsel güce sahip olabilir. Araştırmacılar, bu tür makinelerin güçlü akıl yürütme programlarının üçüncü nesil makinelerle birleştirilmesiyle ortaya çıkmasını umuyor.

Kaynak; https://www.karel.com.tr/blog/robotik-nedir-gelecekte-robotlar-nasil-olacak