Otonom Hava Araçlarının Yükselişi ve Özel Servisleri

Otonom araçlar, yapay zeka ve türevi olan algoritmalar sayesinde kendi kendine hareket edebilir ve kritik görevleri yerine getirebilir aşamaya ulaşmıştır.

Her ne kadar daha alınacak epey yol olsa da otonomi ve akıllı makineler çok yakında yardımlaşarak, öğrenerek ve hatta öğreterek, belirsizlik durumlarında insandan daha güçlü kararlar verebilecek hale geleceğini görmek hiç zor değil.

En yaygın hafif hava aracı türlerinden bir tanesi rotorlu yani döner kanatlı araçlardır.

Drone olarak bilinen bu hafif araçların en büyük cazibesi 0-50 km mesafede hareket özelliği, dikey iniş kalkış kabiliyeti, havada asılı kalabilme ve ihtiyaç duyulan kritik irtifalarda rahatlıkla görev yapabilmesidir, ki burada en kritik ve ihtiyaç duyulan irtifa 0-60 metre aralığıdır.

Diğer taraftan özellikle kritik haberleşme ve görüntüleme teknolojileri ile geniş sahaların izlenmesinde, saha koordinasyonunda sabit kanatlı (fixed wing) drone’lar (veya ülkemizde kanıksana adıyla IHA – İnsansız Hava Araçları) yaygın kullanılmaya başlanalı 4-5 yıl oldu.

Özellikle askeri alanda giderek daha yetenekli ve hatta silahlandırılmış (SIHA) modellerinin geliştiği günümüzde, geleceğin savunma sistemleri için tüm görevleri yerine getirebilecek kadar güçleneceğini tahmin ediyorum.

Aynı zamanda, yolcu uçakları, savaş uçakları, helikopterler gibi mevcut yarı ve tam insan kontrollü hava araçlarının da yakında tam otonom hale geleceğini görmek kehanet olmayacaktır.

Kendine has kabiliyetleri ve kabiliyetleri nedeniyle farklı ihtiyaçlara göre ve kritik görevlerde farklı hava araçları kullanılmaktadır.

Otonom araçların kullanım amaçları basitçe aşağıdaki listede yer alıyor:

  • Görev yapılacak bölgenin alanı ve rakımı; 1 dönümün altında alanlardan bir ülkenin yarısına kadar bölgeler söz konusu olabilir.
  • Altyapı ve üst yapı donanımları; yerdeki hareketli ve sabit birimlere sahip olan şehir merkezleri veya kampüslerden, uzak ve sapa arazilere, yüksek bir dağın tepesine veya büyük ova alanlarına kadar.
  • Gerçekleştirilecek aksiyonlar/Görevler; kamera, lazer veya diğer algılama araçları ile görüntüleme, takip, hafif teslimat, hava-hava, yer-hava gibi özel tip haberleşme, arama kurtarma, anons-bilgilendirme, sivil savunma ve halk sağlığı.
  • Askeri amaçlı; kritik haberleşme, görüntüleme-takip, silahlandırılmış araçlar ile saldırı, void saldırı (kamikaze) görevleri.
  • Arama Kurtarma, kayıp birim veya kişi araştırma,

Drone’ların kapasitesini ölçerken ve sınırlarını belirlerken toplam faydasını anlamak için bileşenlerin artı ve eksilerine bakmak gerekir.

Drone’ların havada kalma süresi, menzili, irtifası ve hızı temel kabiliyetleridir.

Tüm bu kabiliyetler drone’un sınıfını belirleyen faktörler olup, motor gücü, pervane büyüklüğü ve pil tipine bağlıdır. Bugün yaygın kullanılan sivil amaçlı drone’lar azami 30-40 dakika havada kalabilirken, azami 50 km civarı hıza ulaşabilmektedir.

Seçeceğimiz araçları teknik değerleri doğrultusunda belirlememiz gerekir.

Örneğin geniş bir sınır hattını taramak ve acil durum aksiyonlarını sürdürmek amacıyla seçilecek hava aracının azami süre havada kalabilen, mümkün olduğunca uzun bir menzile sahip olması gerekecektir.

Eğer hat uzunluğu, örneğin 500 km’nin üzerinde ise azami 30 dk kalabilen ve 40 km/s hıza ulaşabilen bir drone, en az 25 kez yeniden şarj için uygun bir iniş yaparak ve yeniden şarj için en az 35 dk süresine duyacaktır, ki bu da pek kabul edilebilir bir süre olmayacaktır.

Bu tip bir hat üzerinde alçak irtifa orta hız seviyesinde (95-100 knots) hareket eden bir hafif sabit kanatlı otonom araç ile hattın taranması daha uygun olacaktır. Faydalı yükü ile birlikte ağırlığı azami 55 kg civarında olan bu planörlerin görevi tamamlama süresi çok daha kısa ve enerji tüketimi 8 ila 10’da biri kadar olacaktır.

Tabii sabit kanatlı seçimimizin hassas ölçüm gerektiği durumlarda yavaşlaması ve sürekli görüntü aktarımı için 20-30 metrenin altına alçalma şansının olmamasını da bir dezavantaj olarak kabul edebiliriz.

Diğer taraftan bu makalenin odak konusu olan drone’ların yeni nesil özelliklerinden de bahsetmek istiyorum.

Goggle – Giyilebilir FPV ile Görevler

Görüntü aktarıcı (FPV: first person view) ekran entegre başlık veya sanal gerçeklik gözlüklerine benzeyen elektronik cihazdır. Giyilebilir internetin örnek araçlarından biri. İlk olarak askeri amaçlı olarak kullanılmaya başlanmış ilkel modellerinden sonra sivil amaçlı ve drone goggle’ları bugün piyasada bulmak oldukça kolay hale gelmiştir. Başın hareketlerini en fazla 0,3 saniyenin altında bir zamanda hava aracına yönlendirerek gerçek zamanlı uzaktan sürüş deneyimi sağlayan bu ekipmanlar yakında tüm hava ve yer araçlarının uzaktan çalıştırılmasında görev alacağına kesin gözüyle bakabiliriz. Hatta buna yeni nesil savaş uçaklarını dahil etmek bile mümkün.

Tam ve Yarı Otonom Uçuş Sistemi

İnsansız hava araçlarını bugün gözde yapan en önemli özelliklerin başında herhalde otonom olması sayılabilir. Yarı otonom bir hava aracı yerden komuta edilebilir ve algoritmaları ile görevlerinin bir kısmı insan komutasına bağlıdır. Tam otonom bir araç ise tüm önceden belirlenmiş görevleri, dışarıdan herhangi bir komut veya müdahale olmaksızın gerçekleştirebilecek yazılımı içerisinde barındırır.

Hatta bugün kimi yapay zeka algoritmaları temel görevin parçalarını oluşturup birleştirerek görev aksiyonlarını kendisi oluşturabilecek kadar gelişmiştir. Aşağıdaki görsel, 2015 yılında BOEING tarafından yürütülen ve bir F-16’nın otonom uçuş testine ait olup, video bu linkten izlenebilir.

Sürü Hareket/Harekat Sistemi

Birden fazla aracın birbirileri ile etkileşerek belirli bir görevi veya görevleri yerine getirmesi için araçların arasında gelişmiş bir haberleşme sistemi ve her birim aracın görevleri yorumlayabilecek bir kontrol yazılımına sahip olması gerekir. Swarm (sürü) veya koloni robotiği son on yılda, yapay zeka matematiğinin de gelişmesi ile başarılı bir altyapı sunmaya başlamıştır. Sürü hareketini yürütebilen araçlar büyük ölçüde tam otonom uçuş sistemleri üzerine kurgulanırken, bugünkü kullanımda, 1 lider (master) etrafında toplanmış olan ve sayısı yüzü aşabilen sayıda ekip üyesi (slave) araçtan oluşan koloniler olarak görevlendirilir.

Merkez birim(ler) ile bağlantının tamamen kesilmesi halinde dahi, ekip üyeleri görev paylaşımı yaparak tanımlanmış görevleri yerine getirerek başlangıç noktasına (veya belirtilmiş hedefe) dönüş yapabilirler. Sürü robotiği ve sürü araçların mühendisliğinde doğadaki sürülerden ilham alınmış, doğal hayvan sürülerinin davranış analizlerinden üretilen matematiksel algoritmalar geliştirilmiştir. Sürü araçların, gelişmenin henüz başında olmasına rağmen bugün, karmaşık bazı görevlerde kayda değer başarı elde ettiğini söylememiz mümkün.

LiDar, Uzaktan Algılama, Laser Birimleri

LiDar ve türevi olduğu lazer tarama teknolojilerini anlatmak için herhalde başlı başına uzun bir makale yazmak gerekirdi. Ancak en temel bilgi olarak, “lazer ve ışık kullanarak ölçme yapan bir sistemdir” diyebiliriz. Havadan görüntülenmesi veya taranması gereken ve kimi zaman binlerce kilometrekarelik alanları bulabilen uzak saha bölgelerinin RGB (klasik kamera – görünür ışık) ile görüntülenmesi, lazer tarama ve LiDar tarama ile dijitalize edilmesi, bu bölgelerde her türlü planlamayı kolayca yapabilmek için değerlidir.

Yükseltilerin belirlenmesi, tarım arazilerinin ve sulak bölgelerin çıkarılması, karayolu-demiryolu gibi kara üstü yolların planlanması ve daha birçok amaç için ideal bir görüntüleme ve tarama teknolojisi olarak avantajlar sunmaktadır. Daha önce yerden ve mil taşları konumlandırarak belki de %3-4 seviyelerinde hata payı ve aylar süren çalışmalarla gerçekleştirilebilen bu ölçümler ve haritalamalar, bugün havadan, %0,01 hata payının altında ve birkaç günde tamamlanabilmekte, bu işlemler dinamik olarak tekrar edilebilmekte ve bilgisayar ortamında kolayca işlenebilir hale getirilebilmektedir.

Bu ise emniyet ve güvenlikten, şehir ve bölge planlamasına, arama-kurtarma faaliyetlerinden askeri analizlere kadar yüzlerce alanda imkanlar sağlanabilmektedir. Son yılların moda uzaktan algılama teknolojilerinden olan bu sistemlerin gelişim hızı, yakın zamanda süper arazi ve birim modellerinin kolayca üretilebileceğine işaret etmektedir.

Kritik Haberleşme

RF (radio frequency)  haberleşmesi, oldukça geniş bir bant genişliğinde radyo dalgaları ile haberleşme imkanı sunmakta ve hikayesi oldukça geçmişe uzanmaktadır. Bugün birçok alanda farkı modülasyonlara ve hıza sahip özel haberleşme frekansları ve protokolleri gelişmiş olup, endüstrinin ve savunmanın hemen her noktasında kullanılabilir hale gelmiştir. En yaygın haberleşme protokolleri ve bant genişlikleri hakkında bilgi için Wikipedia ve IEEE sitelerini inceleyebilirsiniz.

İnsansız hava araçları, askeri görevler de dahil olmak üzere, yerdeki hareketli veya sabit haberleşme noktaları (yaygın olarak beacon olarak bahsedilir) ile özellikle açık ve büyük arazilerde için özel ekipmanlara sahip olarak kritik görevlerde rol üstelenebilirler. Yer haberleşmesinde IoT, IIoT, kaskat sensörler gibi çift yönlü haberleşebilen mikro ajanlar kullanılabileceği gibi serbest yayılım yapan mikro-elektronik yapılar ile de tek yönlü iletişim sağlanarak bölge keşfi yapılması mümkündür.

Örneğin, demiryolu hatlarının emniyet ve güvenliği amacıyla hazırladığımız projemizde hatlar üzerinde bulunan (ve tabiat olayları gibi hatlarda meydana gelen sorunları ölçen) sensörler, IoT/IIoT ajanlar ve benzer diğer mikro devrelerden, bölgede görevli veya keşif uçuşu yapan hafif insansız araçlar tarafından toplanmakta ve bu bilgiler yine anlık olarak işlenerek kritik aksiyonlar yerine alınabilmektedir.

Aynı zamanda bölgede aktif görev yapan araçlarımızın merkez birimlere anlık görüntü aktarımı sayesinde operasyon ekiplerinin daha geniş çaplı aksiyon almasını sağlayabilmektedir.

Teslimat Servisleri

Teknik donanım maliyetleri ve limitleri nedeniyle henüz çok yaygınlaşmamış olan otonom hava araçlarının teslimat görevlerinde kullanılması ilk olarak DHL ve Amazon tarafından tanıtılmıştı.

Sabit kanat ve balon (zeplin) türü araçların, daha fazla faydalı yük taşıma kapasitesine sahip olmasına rağmen, noktaya teslimat konusundaki handikapları nedeniyle dev kargo uçaklarından öteye geçememiştir.

Drone ve türevi araçlar, sınırlı yük (payload) taşıma kapasitesi ve düşük havada kalma süresi nedeniyle çok fazla noktaya (multi-target-route) tek uçuşta teslimat yapamamasından dolayı çok cazip olamamıştır.

Buna rağmen arama kurtarma, felaket durumlarında veya benzeri kritik görevlerde acil malzemelerin teslimatı için son derece uygun bir çözüm olacaktır.

Neticede; rotorlu (Döner kanatlı – Drone gibi) ve sabit kanatlı (planör gibi) otonom hava araçları, yerde hareket eden, ray üstü veya deniz üstünde-altında hareket edebilen, yüksek hızlara ulaşan, kendine monte özel teçhizatları ile önemli görevleri ifa edebilen, gerek benzerleri gerekse farklı türleri ile sürü oluşturabilen, kendi kendine, uydulardan veya yerden komuta edilebilen araçlar önümüzdeki yıllarda insanoğlunun ihtiyaç duyduğu birçok önemli görevi devralacak ve yaşamın hızını artıracak şekilde hayatımıza girecek.

Bilim ve teknolojinin neredeyse her ay daha gelişmiş ve üstün bir versiyonunu endüstriye sunduğu piller sayesinde çok daha uzun süre havada kalabilen veya kendini şarj edebilen, farklı tür enerjileri yüksek torka dönüştürebilen motorlar sayesinde uzun mesafelere yüksek hızlarda ulaşabilen, daha sağlam ve elastik kompozitler ve dahası sayesinde daha kıvrak ve hızlı hareket edebilen, gökyüzünü insansız uçan robotlara teslim edeceğimizi düşünüyorum.

Tabii ki insanlığın emrinde olan robotlar olmasını dileyerek…

Mustafa Bulan

Özel bir şirket bünyesinde Bilgi Teknolojileri üst yöneticisi olarak görev yapmakta olan Mustafa Bulan, Elektronik Mühendisliği öğreniminin ardından Kontrol Bilgisayar Mühendisliği yüksek lisansını tamamlamıştır. Bulan halen, İTÜ'de Elektronik Mühendisliği bölümünde doktora öğrenimine devam etmektedir. Daha önce havacılık konusunda yurt dışında görev yapmış, çeşitli teknoloji AR-GE firmalarında yazılım mimarı ve yönetici olarak çalışmıştır. Özellikle akıllı sistemler, deep learning / makine öğrenmesi ve akıllı nesnelerin interneti (inspirit of connectivity), akıllı veri madenciliği ile bulut bilişim alanlarında akademik ve ticari projelere imza atmıştır.