Hibrit İnsansız Hava Aracı ile Otonom Teslimat Sistemi Geliştirilmesi

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Erdinç Altuğ
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK

Özet: 20. yüzyılın son çeyreğinde hayatımıza giren insansız hava araçları (İHA) özellikle son yıllarda sadece hobi-eğlence alanında var olmaktan sıyrılarak, gündelik hayatımıza olumlu etkiler yaratacak görevlerde kendini kanıtlamaya başlamışlardır. Yangını tespit ve müdahale, kazazedelerin bulunması, yapıların teknik incelenmesi ve hasar tespiti, sınır güvenliği, acil durum yardım ve kargo teslimatı gibi birçok görevde faydalı olabilecekleri görülmüştür. Gelecekte bu sistemlerin gündelik hayatlarımıza daha fazla katkı sağlamaları beklenebilir. Lojistik sektöründe hızlı kentleşmenin getirdiği nüfus ve yoğunluk artışı, ayrıca artan e-ticaret ve market teslimatları ile sektörde artan talebi karşılamada güçlük ve teslimat verim düşüklüğü ortaya çıkmaktadır. Özellikte pandemi döneminde insan varlığına ihtiyaç duymayan teslimat yöntemlerine ihtiyaç ortaya çıkmıştır. Özellikle şehir içinde trafiğin belirli bir bölümünü karadan havaya alarak trafik yoğunluğu, teslimat zamanının artışı gibi sorunları azaltarak, lojistik sektöründe büyük bir rahatlama yaratılabilir.

Literatürde İHA sistemleri ile kargo teslimatına yönelik birçok çalışma ve çeşitli başarılı örnekler vardır. Bu projede bu sistemlerin eksiklerin olarak görülen iniş kalkış gerekliliği ve tek paket teslimatı gerekliliği gibi bazı eksikliklerin giderilmesi amaçlanmıştır. Hem dikine kalkış iniş yapabilecek hem de sabit kanat özelliği olan hibrit hava aracı tasarlanarak, hızlı prototipleme yöntemleri ile üretilmiştir. Birden çok paketi taşıyabilecek kapasitede olan bu hava aracı İHA1 kategorisindedir. Hava aracının matematik modeli oluşturulmuş ve gerekli kontrolcü yapıları geliştirilmiştir. Akıllı paket sistemlerinden iki adet prototip üretilmiştir.

Tasarlanıp üretilen sistemlerin simülasyon ve çeşitli deneyler yapılarak önerilen sistemin ve kontrol algoritmaların başarılı olduğu teyit edilmiştir. Ülkemizde alanındaki ilk projelerden olan bu çalışma ile önerilen sistemin fizibilite çalışması ve ilk denemeleri yapılmıştır. Değişik paydaşlardan alınan geri dönüşler önerilen sistemin birçok alandaki ihtiyacı giderebileceği ve ticari başarısının olabileceğini göstermektedir.

 

Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemelerin Peridinamik Yöntemiyle Darbe Yükü Altında Kırılma Davranışının Modellenmesi ve Analizi

• Proje Yürütücüsü: Dr. Adem Candaş
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK 2219

Özet: Projede Peridinamik teorisi kullanılarak, Fonksiyonel Derecelendirilmiş Malzemelerin (FDM) dinamik kırılma davranışlarının modelleme ve analiz çalışmaları yapılmıştır. Daha önceki çalışmalar kırık ilerleme hızının FDM’lerin malzeme modellerine bağlı olarak değiştiğini göstermektedir. Bu araştırmada state-based Peridinamik teorisi kullanılarak FDM’lerin mikro kırıklar içerdiği durumlarda malzeme dayanımında meydana gelen değişimler araştırılmıştır.

Değişken strok hacmi ve Atkinson çevrimi stratejilerinin bir arada kullanılmasının kıvılcım ateşlemeli motorlarda incelenmesi: Tasarımsal, Deneysel ve Nümerik bir araştırma

• Proje Yürütücüsü: Dr. Öğr. Üyesi Barış Doğru
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK 3501

Özet: Yükün konvansiyonel olarak hava filtresi ile emme manifoldu arasında bulunan gaz kelebeği (kısılma valfi) ile kontrol edildiği buji ateşlemeli (SI) motorların şehir içi trafik koşullarındaki yüksek gaz değişim kayıpları ve düşük hacimsel verimleri yakıt tüketimi ve kirletici emisyonları üzerinde etkili olan temel problemlerdir. Daha az taze dolgu gereksinimi ve daha kısık gaz kelebeği konumu yani hava akımı kısıtlaması nedeniyle, SI motorları kısmi yük koşullarında daha az güç üretimine ek olarak çok daha fazla gaz değişim işi yapmaya zorlanır. Bu sorun, düşük yanma kalitesine, yetersiz yanma hızına ve ayrıca yüksek yük koşullarına kıyasla kısmi yük koşullarında güç çevrimi sırasında aşırı düşük indike verimlilikle ilgili olarak beklenmedik şekilde daha fazla yakıt tüketimine neden olur. Ayrıca karayolu taşımacılığı emisyonları, hava kirliliğinin ana kaynağı olarak gösterilmekte ve üst düzeyde çevre koruma sağlamak için çeşitli mevzuat, politika ve yönetmelikler ile kontrol altında tutulması amaçlanmaktadır.

Şehir içi trafiğindeki gibi düşük hız gerektiren durumlarda güç gereksinimi azaldığından, motor kısmi yük koşulunda çalışır. Yaygın olarak kullanılan benzin motorlarının yükü azaldıkça efektif verim çok büyük bir hızla düşmektedir. Bunun en büyük nedeni yük kontrolünün gaz kelebeği ile yapılması ve düşük yüklerde emme kanalındaki gaz kelebeğinin kapanması sonucu meydana gelen kısılma kayıplarındaki artıştır.

Benzin motorlarındaki kısmi yük verimi sorununa karşın kullanılan tekniklerden üçünü bir araya getirerek mekanik bir çevrim atlatmanın değişken subap zamanlaması ve değişken sıkıştırma oranının motor performansı üzerindeki birleşik etkisi ve kirletici emisyonlara olan azaltıcı etkisi projenin konusunu oluşturmaktadır.

Bu çalışmanın ilk amacı, performansı en üst düzeye çıkarmak ve egzoz emisyonlarını azaltmak için buji ateşlemeli (SI) motor gaz kelebeği açısı, ateşleme zamanlaması ve püskürtme zamanlaması giriş değişkenlerini optimize ederek kontrol tabanlı bir matematiksel motor modeli oluşturmaktır. Bu çalışmanın ikinci amacı, emme ve egzoz subabı aktivasyonunun optimizasyonu ile çevrim atlatma mekanizmasına değişken bir subap zamanlama sistemi uygulamaktır. Bu stratejinin ilavesi ile çevrim atlatma ile artan egzoz kirleticileri için önemli bir azalma sağlanacaktır. Bu çalışmanın üçüncü amacı, farklı kısmi yük koşulları altında yakıt tüketimi ve egzoz kirleticileri açısından atlatmalı çevrim ile SI motorunun emme subabı kapanma zamanlamaları ve geometrik sıkıştırma oranını birlikte optimize etmektir. Optimizasyon metodolojisi, geometrik sıkıştırma oranındaki artış ile emme subabı kapanma profili gecikmesi arasındaki dengeye dayanmaktadır.

Hibrit ve elektrikli araçlara tamamen geçilmeden önce yaklaşık olarak 2020-2035 yılları arasında yaşanacak “İçten yanmalı motorlardan elektrifikasyona geçiş süreci” nde mümkün olduğunca daha çevreci ve yakıt tüketiminde dost motor teknolojilerinin teşvik edilmesi konusunda başarılı bir uygulama örneği olacaktır.

Yat Gövdelerine Hücresel Kafes Yapılarının Yerleştirilmesi ve Gövdenin Hidrodinamik ve Yapısal Optimizasyonu

• Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Erkan GÜNPINAR
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK

Özet: Katmanlı imalat, geleneksel yöntemlerle elde edilemeyen karmaşık geometrilere sahip detaylı modeller oluşturur. Örgü yapıların entegrasyonu, hafif modeller üreterek yapısal özellikleri iyileştirir, malzeme kullanımını ve birim maliyetleri azaltır. Projemiz, hafif tasarımlar için yat gövdelerine örgü yapıların entegrasyonuna odaklanmaktadır; yapısal ve hidrodinamik kriterler için optimize edilmiş, benzersiz bir araştırma hedefine yöneliktir.

Figure 1 (a) Bir gövde üç katmana ayrılır: dış (kırmızı renkte), iç (mavi renkte) ve orta katman (yeşil renkte). (b) Gövdenin orta katmanı, uyumlu ve düzenli örgü yapıları ile temsil edilir.

Yeni Polihedral Spline Konfigürasyonlarının Önerilmesi Ve Polihedral Spline'Lar Için Dörtgen-Baskın Çözüm Ağı Algoritmalarının Geliştirilmesi

• Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Erkan GÜNPINAR
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK

Özet: B-spline yüzeyler, genellikle dörtgen çözümlerle ifade edilebilir; ancak daha az eleman içeren quad-dominant çözümleri doğrudan ifade edemez. Karciauskas ve Peters (2019, 2022), quad-dominant çözümler için polihedral spline çözümleri geliştirmiştir. Bu çalışma, literatürde henüz keşfedilmemiş yeni polihedral spline konfigürasyonlarını önererek bu çözümler için spline çözümleri geliştirecektir. Ayrıca, sadece polihedral splineleri içeren bir çalışma, üçgen ağları dörtgen-dominant ağlara dönüştürebilen bir algoritma içerecektir. Proje, hem mevcut hem de yeni önerilen polihedral konfigürasyonları dikkate alan yeni bir dörtgen-dominant ağ algoritması geliştirmeyi amaçlamaktadır.

Figure 2 . Üçgen ağ ile ifade edilen yüz modeli (a), önce iki-boyuta serilecek (b) ve iki-boyutlu düzlem üzerinde yeniden düzenlenerek, polihedral spline konfigürasyonlar kullanılarak dörtgen-baskın a˘g yapısına dönü¸stürülecektir (c). Daha sonra iki-boyuttaki dörtgen-baskın a˘g üç-boyuta geri dönü¸stürülecektir (d)

Otomotiv Sektörüne Yönelik Polyester Matrisli Cam Elyaf Takviyeli Kompozitlerin Karbon Nanotüp ve/veya Grafen Katkıları ile Hafifleştirilmesi ve Akustik Özelliklerinin Geliştirilmesi Projesi

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Levent TRABZON
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TEYDEP - TÜBİTAK

Özet: Proje kapsamında otomotiv sektöründe gelişen teknoloji trendlerine uyum sağlanarak araç ağırlıkları azaltılarak karbon emisyonu düşürülecek ve aynı zamanda akustik özelliklerinin de geliştirilmesi sağlanılacaktır. Kompozit parçaların kalınlığı elyaf katman sayısına bağlıdır, karbon nanodolguların yapıya dahil edilmesi elyaf katman sayısını azaltacak, bu sayede prototip parça kalınlığı düşürülecektir. Karbon nano dolguların kullanımı kompozit parçanın akustik iletim kaybı özelliklerine pozitif yönde katkı sağlayacaktır. Akustik iletim kaybı özelliklerinin gelişmesi, otomobilin konfor özelliklerini arttırıp; insan sağlığını olumlu etkileyecektir.

AB Konseyinin Yeşil Mutabakat kapsamında projemizin hedeflerini de kapsayan ürünler ile meydana çıkacak olan çalışmaların sonucunda çevresel duyarlılığı yüksek, yenilikçi yeşil kompozit ürünler üretilecektir. Sürdürülebilir ürün üretim yönergesi, ulusal alanda döngüsel ekonomi modeline geçiş sürecimizi bir hayli hızlandıracaktır. Bu geçişin en önemli ayağını otomotiv sektörü oluşturmaktadır. Çok ölçekli kompozit parça içerisine eklenecek katkılar ve yapılacak topoloji optimizasyonu ile mekanik ve akustik özellikler iyileştirilecektir. 

Aynı zamanda akustik özelliklerdeki artış ve prototip parçanın sadece mekanik değil birçok fonksiyonda önemli artılar kazanmasıyla Dünya'nın ihtiyaçlarına hitap eden, ticarileşme potansiyeli yüksek bir ürün ortaya konacaktır.

Sürdürülebilir Gıda Üretimi için Kuvantum Nokta ile Zenginleştirilmiş Hidrojel Nano Kompozitlerin Gübre Olarak Çok Yönlü Tarım Uygulamaları

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Levent TRABZON
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: Güneydoğu Asya-Avrupa Araştırma ve İnovasyon Birleşik Fonu

Özet: 2050 yılında dünya nüfusunun 9.9 milyara ulaşması beklenmektedir. Dünyadaki hızlı nüfus artışı

sebebiyle sürdürülebilir gıda üretimi ve yetiştiriciliği açısından beklenmedik değişimler olacaktır. Bu yüzden toprakların ve suyun hızlı bir şekilde bozulmasının etkilerini tolere etmek için yeni yöntemlerin bulunması fazlasıyla önemlidir. Böylece ekolojik yaklaşımlarla beraber yüksek etkili tarıma ait endişeler araştırılmalı ve sürdürülebilir alternatifler uygulanmalıdır. Nanomalzemeler; nanogübre, böcek ilacı, bitki büyütme düzenleyicileri olarak tarımsal biyoteknolojik çalışmalarda kullanılmıştır. Nanomalzemelerin çeşitlerinin, partikül büyüklüğünün, yüzey yükünün ve yüzey modifikasyonunun bitki büyümesi üstündeki etkileri detaylıca çalışılmaktadır. Fakat, kuantum noktaların (QDs) tarımda kullanımı hala araştırılmak olan ve üzerine çalışılan bir alandır. Tarımda kullanılmak üzere geliştirilmesi hedeflenen yeni kuantum noktaların ve nanomalzemelerin amacı daha fazla bitki büyütmek ve daha çok verim almak ve bununla beraber böcek ilaçlarının çevresel tehlikesini azaltmaktır. Düşük maliyetli, toksik olmayan, biyobozunur, çok fonksiyonlu hidrojel temelli, kuantum noktalarla zenginleştirilmiş, düşük salım ve su tutma kapasiteli gübreler üretmek önem arz etmektedir. Bu çalışmada, gübre ajanı olarak kuantum noktaları biyopolimer içine hapsederek yenilikçi, ekonomik, kompozit gübre teknolojisi geliştirilmesi planlanmaktadır. Bu yöntemin avantajları mahsullerin kalitesini artırmak, toprağın verimini artırmak ve sulama sıklığını azaltmaktır. Dahası, üretilen hidrojel içindeki kuantum noktaların yavaş salımı yetiştirilen ürünlerin yaşam süresiyle tamamen eşleşebilir, bu da aşırı doz riskini azaltmayı ve çevresel sorunlardan kaçınmayı garantiler. Bu şekilde, daha önce bahsedilen malzeme özellikleri ve su tutma kapasitesinin diğer avantajlarına ek olarak nitrojen (N), fosfat (P), potasyum (K), ve silisyum (Si) ile dopinglenmiş karbon kuantum noktaların gübre olarak takviye edilmesi yavaş salımı gerçekleştirmeyi mümkün kılacaktır. Türkiye, Malezya ve Endonezya?nın içinde olduğu üç farklı ülkeden dört üniversite kimya, mühendislik ve tarım alanlarındaki uzmanlığı ve edinilmiş tüm bilgileri bir araya getirerek uluslararası düzeyde eşi görülmemiş bir sinerji yaratacaktır. Ayrıca, sürdürülebilir gıda üretimi için önerilen yenilikçi sistemin gelişimi Güneydoğu Asya-Avrupa bilim kurulu tarafından üretilen uygulamalı bilimsel bilgiyi ve uluslararası görünürlüğü artıran bir kazanç olacaktır. Laboratuvar ve saha deneylerinin sonuçlarıyla birlikte önerinin getirileri sadece Avrupa ve Güney Asya için değil aynı zamanda tüm dünya için tarımsal biyoteknoloji uygulamaları açısından yenilikçi ve önemli kavrayış ve bakış açısı sunacaktır. Teknoloji hazırlık seviyesinin TRL-4 olması beklenmektedir ve bu da önerinin çıktılarını piyasaya aktarılabilir kılacaktır.

Esnek Kıyafetli Giyilebilir Alt Gövde Dış İskelet Sistemi

• Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. İkilem Göcek (Yürütücü), Öğr. Gör. Dr. Merve Acer Kalafat (Araştırmacı)
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK 1003 (Proje no:118E924)

Özet: Bu Proje TÜBİTAK 1003 Öncelikli Alanlar Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı üzerinden “Robot Tasarımı ve Mimarisi” çağrı üzerinden Büyük Ölçekli Proje türünde desteklenerek 01/02/2023 tarihinde tamamlanmıştır. Proje, Özyeğin Üniversitesi ana proje yürütücüsü, Boğaziçi Üniversitesi 1. alt proje yürütücüsü ve İstanbul Teknik Üniversitesi 2. alt proje yürütücüsü olarak üç üniversitenin iş birliği ile gerçekleşmiştir. İTÜ’de yürütülen projenin yürütücülüğünü Tekstil Teknolojileri ve Tasarımı Fakültesinden İkilem Göcek yapmıştır. İTÜ Makina Fakültesinden Merve Acer Kalafat da araştırmacı olarak görev almıştır.

Bu projede bel ağrısı, felç ve benzeri rahatsızlıklar nedeniyle alt ekstremite motor fonksiyonlarını kaybetmiş belden aşağısı felçli kişilerin kullanımı için esnek kıyafetli yeni giyilebilir dış iskelet sistemi geliştirilmiştir. Serigrafi yöntemiyle kullanıcının eklem açılarını takip edebilen tekstil tabanlı gerinim sensörleri ve yürüme esnasında ayak tabanındaki yükleri gözlemlemeye yarayan esnek düşük profilli kuvvet sensörleri üretilmiştir. Bu sensörler, seri elastik aktüatörler tarafından çalıştırılan rijit bağlantılı bir dış iskelet de kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Projenin sonucunda aşt gövde dış iskelet kullanıcısının fiziksel durumu giyilebilir sensörlü bir kıyafete gözlemlenebilen bir tasarım gerçekleştirilmiştir.

Tekstil tabanlı esnek gerinim sensörü

Dış iskelet sisteminde gerinim sensörünün kullanımı

Ayak için tasarlanmış esnek kuvvet sensörü

İTÜ Ev Sahipliğinde TOK 2023 Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı Gerçekleşti

14-16 Eylül 2023

Cumhuriyetimizin 100. yılı, İstanbul Teknik Üniversitesi'nin kuruluşunun 250. yılı ve Otomatik Kontrol Türk Milli Komitesi'nin (TOK) 65. kuruluş yıldönümüne denk gelen 2023 yılında ülkemiz için stratejik öneme sahip kontrol ve otomasyon konularındaki son gelişmelerin sunulduğu 24. Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı, İstanbul Teknik Üniversitesi'nin ev sahipliğinde gerçekleştirildi.

Sempozyum, Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü'nden Prof. Dr. Mehmet Turan Söylemez ve Doç. Dr. Ali Fuat Ergenç ile Makina Mühendisliği Bölümü'nden Doç. Dr. Zeki Yağız Bayraktaroğlu'nun eş başkanlığını üstlendiği bir platform olarak düzenlendi. 154 makalenin sunulduğu etkinlikte, en az iki bağımsız hakem süzgecinden geçmiş çalışmalar incelendi. Ayrıca, Prof. Dr. Atilla Bir, Prof. Dr. Frank Allgöwer, Prof. Dr. Maria Prandini, Prof. Dr. Erdal Kayacan, Prof. Dr. Hajime Asama ve (çevrimiçi olarak) Prof. Dr. Dang-Il (Dan) Cho gibi alanında önde gelen isimler davetli konuşmacı olarak yer aldı.

Otomatik Kontrol Türk Milli Komitesi'nin ulusal üyesi olduğu International Federation of Automatic Control (IFAC), sempozyuma en üst düzeyde destek verdi. Bu çerçevede, IFAC başkanlığı yapmış ya da yapacak bilim insanları, sempozyumda davetli konuşmacı olarak yer alarak önemli bir katkı sağladılar. Bu durum, TOK 2023'ü dört adet IFAC başkanının çağrılı konuşmacı olarak yer aldığı ilk sempozyum olarak tarihe geçirdi.

Ülkemiz için ekonomik olarak zorlu bir dönemeçten geçtiğimiz bu dönemde sempozyumda 3 adet ana sponsor, 3 adet altın sponsor ve iki adet gümüş sponsor yer alması endüstrinin sempozyum konularına verdiği önemi ve öğretim üyelerimizin endüstri olan temaslarının gücünü bir defa daha kanıtladı.

Sempozyumun açılışında konuşan İTÜ Rektörü Sn. Prof. Dr. İsmail Koyuncu, Otomatik Kontrol Türk Milli Komitesi'nin, 1958'de IFAC'in kuruluşundan sadece birkaç ay sonra, Prof. Mehmet Münir Ülgür ve Prof. Dr. Mehmet Nimet Özdaş tarafından Türk Otomatik Kontrol Kurumu adıyla kurulduğunu vurguladı. Ayrıca, 1980 yılında Elektrik ve Elektronik Fakültesi altında kurulan Kontrol ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü'nün, 43 yıldır İTÜ'nün kontrol mühendisliği konularında en üst seviyede eğitim verdiğini belirtti. Bu sürecin, ülke ve üniversite için taşıdığı önemi vurguladı.

Üç gün süren sempozyumun gala yemeği 15 Eylül 2023 akşamı İstanbul Üniversitesi Baltalimanı tesislerinde yapıldı. Ayrıca, sosyal program dahilinde boğazda tekne turu ve isteyen katılımcılar için tarihi yarımada turu düzenlendi.