DRON TEKNOLOJİLERİ

Yeni teknolojilerin 21. yüzyılda her zamankinden daha hızlı bir tempoyla geliştiğine şahit oluyoruz. Her yeni teknolojik gelişmenin diğer çağdaş buluşlarla entegre olmasından kaynaklanan katma değerinin katlanarak arttığı dikkat çekiyor. İnsansız Hava Araçları (İHA) olarak da bilinen dronların teknolojik gelişimine baktığımızda, diğerleri gibi birbirine bağımlı ve paralel bir hızda olduğu görülüyor.

Dronların gelişimindeki kilometre taşlarına kısaca göz atacak olursak; UAV tanımına uyan ilk insansız sıcak hava balonu 1783’te Fransa’da kullanıldı. Sonrasında, söz konusu insansız balonun askeri amaçlı ilk kullanımı 1849 yılında, Avusturya’nın Venedik bombardımanı esnasında oldu ve pek de etkili değildi1. 1858’de insansız balondan ilk defa hava fotoğrafı çekildi. 1896 balondan roket teknolojisine geçen ve üzerine kamera monte edilen ilk İHA uçuruldu. Nikola Tesla’nın 1898’de geliştirdiği radyo sinyali ile kontrol edilen ilk tekne, uzaktan kumandalı dronlar için de ilham kaynağı oldu. Günümüzdeki modern dronların prototipi diyebileceğimiz ilk UAV İngiltere Hava Kuvvetlerinin 1935’te hava hedefi olarak geliştirdiği “Queen Bee” adı verilen dronlardı. 1936 yılında ABD’nin dron programını başlatmasıyla ağırlıklı olarak askeri İHA projeleriyle 2000’li yıllara kadar gelindi. Bu süreçte II. Dünya Savaşı, Kore Savaşı, Vietnam Savaşı, Arap-İsrail Savaşı ve Körfez Savaşı farklı amaçlara yönelik dronların geliştirilmesi, test edilmesi ve kullanılması için önemli aşamaların kaydedildiği süreçler oldu. Dronların sivil amaçlarla kullanımı ise 2006’dan itibaren yaygınlaşmaya başladı.
Bu çerçevede Katrina Kasırgası sonrasında arama, kurtarma ve afet yardım harekâtında etkinlikle kullanıldı. 2010 yılı “Quadcopter” adı verilen dört döner kanatlı insansız hava araçlarının sivil sektör tarafından daha yoğunlukla kullanılmaya başlandığı görüldü. Son 10 yılda ise insansız hava araçları günlük hayatın neredeyse her yönünde farklı hizmetlerde kullanılmaya başlandı. Modern İHA teknolojisinin ilk modeli sayılan dronun 1935 yılında kullanılmasından bu yana, İnsansız hava araçlarının gelişim hızı diğer teknolojik inovasyonun temposu ile hemen hemen aynı seviyede oldu. Bu süreçte, dron teknolojilerinin gelişimine etki eden en önemli faktörleri:

• Fiziksel ve aerodinamik gereksinimler,
• Dronların tipleri,
• Dronların kontrol, uçuş güvenlik ve emniyet sistemleri,
• Kullanım amaçları,
• Diğer teknolojilerdeki gelişmeler başlıkları altında incelemek mümkündür.

DRONLARIN FİZİKSEL VE AEORODİNAMİK GEREKSİNİMLERİNİN DRON TEKNOLOJİLERİNE ETKİLERİ
Bir dronun tasarım süreci, havada tutunma sürati, maksimum hızı, seyir yüksekliği, azami irtifa, dönüş yarıçapı ve dönüş hızı dahil olmak üzere, performans gereksinimlerinin tanımlanmasıyla başlar. Kanat ağırlığı ve batarya ağırlığı, ihtiyaç duyulan performans gereksinimlerine göre hesaplanır. Kanat alanı, İHA’nın kütlesine, güç gereksinimlerine ve faydalı yük gereksinimlerine göre belirlenir. Güç gereksiniminde önemli bir girdi de motorun boyutudur. Seçilen kanat profiline göre belirlenen kanat alanı da aerodinamik ve stabilite tasarımlarında önemli bir faktördür. Tasarım tamamlandıktan sonra İHA kompozit malzemeler kullanılarak üretilir2. Tipik bir insansız hava aracı, ağırlığı azaltmak ve manevra kabiliyetini artırmak için hafif kompozit malzemelerden yapılır. Kompozit malzeme özellikle askeri dronların yüksek irtifalarda seyretmesine olanak tanır. Dronların amacına uygun olarak taşımaları gereken cihaz, sistem ve yükler (silah, bomba, kamera, lazer, kargo vs.) göz önüne bulundurulduğunda, dronun dayanıklı, buna mukabil hafif yapısını sağlayan kompozit materyaller günümüzün en önemli teknoloji ürünlerinden birisidir. Bu malzemeler hafif olduğu gibi sesi ve titreşimi azaltan veya radar sinyallerini emen farklı ve karmaşık yapılarda üretilebilir. İnsansız hava aracının burnu, tüm sensörlerin ve navigasyon sistemlerinin bulunduğu yerdir. İHA’nın geri kalanı bölümü ihtiyaca uygun dron teknolojisi sistemleriyle doludur. Dronların aerodinamik gereksinimleri uçaklardan veya helikopterlerden çok farklı değildir. Bu nedenle tasarım ve üretim sürecinde uçması istenen hava şartlarına (rüzgar, yağmur, kar, aşırı sıcak/soğuk gibi) uygun testlere tabi tutulması gereklidir3. Örneğin geçtiğimiz yıl Haziran ayında Mars’ta kullanılan dron -80 oC’de uçuş yapabilecek şekilde tasarlanmıştı4

.

DRONLARIN TİPLERİNİN DRON TEKNOLOJİLERİNE ETKİLERİ
Dron’ların üç ana sınıflandırması vardır5;

• Dörtlü (veya çoklu) rotorlu dron
• Tek rotorlu dron
• Sabit kanatlı dron
• Sabit kanatlı hibrit VTOL dron

Çok rotorlu dronlar, havadan fotoğraf veya film çekimi için en kolay ve en ucuz seçenektir. Çoklu rotorların bu kadar yaygın hale gelmesinin bir nedeni de başlamanın kolay olmasıdır; herkes ucuz bir dörtlü helikopter satın alabilir ve arka bahçelerinde becerilerini deneyerek ve güvenle uçurmayı kolaylıkla öğrenebilir. Çoklu rotorların dezavantajı, dayanıklılıklarının az olması ve limitli hızlarıdır. Bu nedenle büyük ölçekli hava haritalama, uzun süreli izleme, boru hatları, yollar ve enerji hatları gibi uzun mesafeli incelemeler için çok uygun değildir. Teknoloji sürekli gelişiyor olsa da çoklu rotorlar temelde verimsizdir. Sadece yerçekimi yenmek ve onları havada tutmak çok fazla enerji gerektirir. Mevcut pil teknolojisiyle ve hafif bir kamera yüküyle yaklaşık 20-30 dakika havada kalabilir. Çoklu rotorları daha fazla ağırlık taşıyabilseler de bunu kısa süreli olarak yapabilirler. Benzin motoru ile çalıştırılması çok pratik değildir, bu nedenle bu tip dronlarda genellikle elektrik motorları kullanılır6. Bununla birlikte söz konusu dezavantajlarının en aza indirilmesi üzerinde çalışılan çoklu rotorlu dronlara, yeni teknolojilerin uygulanması ile şehir içi kargo ve insan taşımacılığında kullanılmak üzere tasarlanan daha dayanıklı, dengeli ve güvenli dronlar deneme uçuşlarına başladı.

Tek rotorlu dronlar, çok rotorlu bir İHA’ya göre çok daha verimlidir. Benzin motoruyla uzun mesafeler gitme ve ağır yük taşıma avantajına sahiptir. Dezavantajları, karmaşıklık, maliyet, titreşim ve ayrıca dönen büyük pal bıçaklarının yaratabileceği tehlikelerdir. Zorluk açısından, tek rotorlu helikopter uçakları, çok rotorlu ve sabit kanatlı uçaklar arasında bir yerde bulunur. Havada durma avantajına karşın dengeli bir iniş yapamazsa kullanılamaz hale gelebilir. Ayrıca karmaşık mekanik yapısı nedeniyle bakımtutumu zordur.

Sabit kanatlı dronlar, döner kanatlıların aksine havalanmayı sağlamak için dikey kaldırma rotorları yerine normal bir uçak gibi kanat kullanır. Başka bir deyişle sadece ilerlemek için enerji kullanmaları gerekir. Kendilerini havada tutmak için ilave güç harcamadıklarıdan çok daha verimlidirler, bu nedenle daha uzun mesafeleri kat edebilir, çok daha geniş alanları tarayabilirler. Benzin motorlu olanlar 16 saat veya daha fazla havada kalabilir.
Sabit kanatlı bir uçağın ana dezavantajı tek bir noktada uçamamalarıdır. Boyutlarına bağlı olarak, onları havaya çıkarmak için bir piste veya fırlatıcıya gereksinim duyarlar. Uçuş sonrasında tekrar güvenli bir şekilde iniş bir piste, paraşüte veya ağa ihtiyaç olabileceğinden, bu aynı zamanda onları fırlatmayı ve indirmeyi çok daha zor hale getirir. Yalnızca en küçük sabit kanatlı dronlar, açık bir alanda elle fırlatma ve “göbek inişi” için uygundur. Diğer olumsuz yönleri ise maliyetlerinin yüksek olması ve sabit kanatlı dronları kullanmayı öğrenmenin çok daha zor olmasıdır. Sabit kanatlı bir dron fırlatıldığında, kalkışı, uçuşu ve yumuşak inişi sağlayacak kontrol yeteneklerinin geliştirilmesi için eğitim ve sertifikasyona ihtiyaç vardır. Dron pilotu tarafından dikkate alınması gereken farklılık, sabit kanatlı bir dronun her zaman ileri ve çok rotorlu bir drondan çok daha hızlı hareket ettiğidir.
Sabit kanatlı hibrit VTOL dronlar, sabit kanatlı İHA’ların avantajları ve havada asılı kalma yeteneğinin birleştirilmesi ile dikey olarak da inip kalkabilen yeni bir hibrit kategoridir. Geliştirilmekte olan çeşitli tipleri vardır, bunların bazıları temelde sadece dikey kaldırma motorlarının hareket özelliği olmayan sabit kanatlı tasarımlardır. Diğer modellerinde ise yukarı-aşağı hareket edebilen pervaneleri ile kalkış için yukarıya, ileri uçuş yatay olarak dönebilir. Modern otopilotların, cayroskopların ve ivme ölçerlerin bu alanda kullanılmaya başlanmasıyla bu dronları kullanmak daha kolay hale gelmiştir.

DRONLARIN KONTROL, UÇUŞ GÜVENLİK VE EMNİYET SİSTEMLERİNİN DRON TEKNOLOJİLERİNE ETKİLERİ
Bir insansız hava aracı (İHA), sensörler ve GPS’li yazılımlar kullanılarak uzaktan kontrol edilebilen veya otonom olarak uçabilen bir robottur. Bir insansız hava aracı, dron teknesi, tahrik sistemi ve kontrol sistemi olmak üzere üç ana kısımdan oluşur. Dronların tipine ve kullanım amaçlarına göre kontrol, uçuş güvenlik ve emniyet sistemleri farklılık gösterse de kullanılan temel teknolojiler aşağıdadır.

• Radyo kontrol sistemleri
• Otopilot sistemleri
• Radar Mevkilendirme sistemleri
• Eve (Ana Noktaya) Dönüş sistemleri
• Engel Algılama ve Çarpışma Önleme Teknolojisi
• Cayroskop Stabilizasyonu
• Atalet ölçüm birimi
• Uçuş Kontrolörleri
• Dron Tahrik Teknolojisi
• Gerçek Zamanlı Telemetri
• Uçuş Parametreleri
• Uçuşa Yasak Bölge Teknolojisi
• GPS Uçmaya Hazır Modu Teknolojisi
• Dahili Pusula ve Arıza Bypass
• Canlı Video Aktarımı Teknolojisi
• 4G / LTE Ağları Üzerinden data aktarımı
• Firmware ve Uçuş Asistanı
• Bağlantı Noktası
• LED Uçuş Göstergeleri
• İHA Uzaktan Kumanda Sistemi
• İHA Uzaktan Kumanda Alıcısı
• Menzil Genişletici İHA Teknolojisi
• Yer İstasyonu İşlevine Sahip Akıllı Telefon Uygulaması
• Yüksek Performanslı/zoom Kamera sistemleri
• Dron Kamerası stabilizasyon Sistemi (Gimbals)
• Düşme Önleyici Kit
• Dron Teknolojisinde İşletim Sistemleri
• Akıllı Uçuş Sistemleri
• Otomatik takip/izleme,
• Işık Tespiti ve Uzaklık Tayini (LIDAR),
• Uçuş Zamanı (ToF) sensörü
• Termal, Multispektral, IR Kamera sistemleri

Bu teknolojiler elbette mevcut dron sistemlerinin tamamı değildir. Modern dron sistemlerinin en önemli özelliği her yeni teknolojinin amaca uygun olarak uyarlanabilme imkânıdır. Örneğin sülfür dedektörü ile donatılmış bir dron ile gemilerin baca gazı salınımlarının denetlemesinin veya termal kameralı ve CO2 dedektörlü bir dron ile orman yangını keşfinin yaptırılması mümkündür.

DRONLARIN KULLANIM AMAÇLARININ DRON TEKNOLOJİLERİNE ETKİLERİ
21. yüzyılın başına kadar dronların kullanımı ve geliştirilme motivasyonu hep askeri maksatlarla olsa da günümüzde dronların hem ticari hem de kâr amacı gütmeyen sektörlerde kullanımı yaygınlaşmaktadır. Yakın gelecekte hem farklı alanlarda kullanım imkanlarının artacağı hem de teknolojik fonksiyonlarının çeşitleneceği değerlendirilmektedir. İHA’ların günümüzdeki askeri maksatlar dışındaki bazı kullanım alanları ve yeni teknolojilerle geliştirildiğinde daha farklı neler yapılabileceğine dair öngörüler aşağıdadır7.

• Tarım: Dünyanın birçok yerinde çiftlik hayvanlarını yönetmek ve ekinleri araştırmak için halihazırda dron teknolojisini kullanıyor. Gelecekte çiftçiler ürünlerini stratejik olarak izlemek, ekim ve ilaçlama için insansız hava araçlarını kullanabilirler.
• Koruma: Nesli tükenmekte olan türleri izlemek ve dünyadaki ekosistemlerdeki değişiklikleri haritalamak için insansız hava araçları kullanılmaktadır. Dron teknolojisi ilerledikçe, İHA’ların doğal alanların korunması maksadıyla daha etkinlikle kullanılabileceği anlaşılmaktadır.
• Teslimat/yerine getirme: Postacının taşıyabileceği her şey dron ile de teslim edilebilir. Yiyecekler, reçeteler, doğum günü hediyesi gibi. Yakın gelecekte, paketlerin kapılarımıza gelme biçiminde büyük değişiklikler olacaktır.
• Afet yardım: Dronlar insanların erişemeyeceği yerlere gidebilir, bu nedenle tehlikeli arama ve kurtarma çalışmaları ve uzak konumlara veya afet bölgelerine acil durum malzemeleri ulaştırmak için ideal bir çözümdür.
• Lojistik: Ağır hizmet tipi dronlar, envanter yönetimi ve depolar arasında mal taşımak için kamyonların yerini alabilir. Bu durumda muhtemelen karayolu trafiği önemli ölçüde rahatlayacaktır.
• Film yapımı ve fotoğrafçılık: Düşük bütçeli film yapımcıları havadan çekim yapmak için şimdiden dronları kullanıyor. Dron kullanımının film sektöründeki yaratıcılığa ve kaliteye önemli katkı sağlayabileceği anlaşılmaktadır.
• İnternet Servis Sağlayıcıları (ISP’ler): Facebook ve Google gibi büyük teknoloji şirketleri, interneti uzak yerellere ışınlamak için güneş enerjili dron teknolojisini deniyorlar. Bu durum, bildiğimiz ağ ve internet bağlantılarını gelecekte yeni hız, kalite ve hizmet içeriği olarak farklı seviyelere getirebilecektir.
• Kolluk Kuvvetleri: Kolluk güçleri tarafından kullanılan insansız hava araçları özellikle halka açık etkinliklerde veya suç mahallinin keşfinde ya da trafiğin kontrolünde daha etkinlikle kullanılabilecektir.
• Emlak: Satılık veya kiralık gayrimenkul listesinde bulunan evlerin hem mahalledeki konumu hem de iç detayları dronlarla çekilen videolarla daha gerçekçi şekilde gösterilebilecektir.
• Şehircilik: Şehirlerin alt yapı planlamaları, haritalama ve surveylerinde dronların etkinlikle kullanılması imar faaliyetlerine büyük katkı sağlayabilecektir.
• Dronların kullanılabileceği diğer alanlar: Varlık Denetimi, Yaban Hayatının Kontrolü, Mahsul İzleme, Adli Tıp, Madencilik, Yangın söndürme, Kaçak Avcıları İzleme, Sigorta, Meteoroloji vs. Dronların günümüzdeki kullanım yerleri ve yakın gelecekte kullanılabileceği alanlar göz önüne alındığında, İHA’ların bu ihtiyaçları karşılayacak şekilde geliştirilmeye ihtiyaç duyacağı, bu durumun da yeni teknolojilerin dronlarla adaptasyonunda veya doğrudan yeni model İHA’ların tasarlanmasına yeni fırsatlar yaratacağı değerlendirilmektedir.

DİĞER TEKNOLOJİLERDEKİ GELİŞMELERİN DRON TEKNOLOJİLERİNE ETKİLERİ
Mevcut sistemlere yeni teknolojilerin adaptasyonu ve birlikte kullanımıyla eski sistemimizin performansını yükseltmek mümkündür. İHA’ların tarihçesinde de görüleceği üzere radyo sinyallerinin kullanılması, ilk dron örneklerinde uzaktan kontrol yeteneği kazandırmış, yeni sensörlerin ilavesiyle dronların kullanım alanları genişletilebilmiştir. Birleşmiş Milletler 2021 yılı UNCTAD Teknoloji ve İnovasyon Raporuna8 göre içinde bulunduğumuz inovasyon sürecinin en önemli 11 teknolojisinden biri de Dronlardır. Diğer teknolojiler ise;

• Yapay zeka (AI)
• Nesnelerin interneti (IoT)
• Büyük veri (Big Data)
• Blok Zinciri (Blockchain)
• Üç Boyutlu Baskı (3D Printing)
• Robotik Robotlar (Robotics)
• Gen Düzenleme
• 5G teknolojisi
• Nanoteknoloji
• Güneş Pilidir

Günümüzde bu teknolojilerin neredeyse tamamının birbiriyle etkileşim içerisinde olduğu, çeşitli modellemelerin içinde birden fazla teknolojinin birlikte kullanıldığı görülmektedir. Örneğin “Akıllı Limanlarda” AI, IoT, Büyük Veri, 5G ve Dronlar aynı anda kullanılabilmektedir. Böylelikle “teknolojik sinerji” etkisi yaratılarak, limanların performans ve verimliliğini önemli ölçüde artırmak mümkün olmuştur. Konuya Dron teknolojileri açısından baktığımızda, olası bir modelleme olarak, gövdesi, pervanesi ve bazı motor parçalarının önemli bir kısmı 3D yazıcı ile üretilmiş, Yapay Zeka ve Nesnelerin İnterneti teknolojileriyle donatılmış, Güneş pili ile menzili bugünkü İHA sınırlarının çok üzerine çıkarılmış, 5G teknolojisi ile topladığı büyük verileri çok süratli bir şekilde işleyip aktarabilen ve gönderildiği noktada robotik özellikleri ile teknik müdahalede bulunabilen bir dronun bir çok sektörde “oyun değiştiren” (game changer) bir teknolojik gelişme olabileceği kesindir.

Başta dron teknolojisi olmak üzere gelişen teknolojilerin üretimi, ekonomideki pazar payı ve bilimsel katkısı dikkatle takip edilmesi gereken diğer konulardır. Günümüzde bu teknolojileri büyük ölçüde Amerika Birleşik Devletleri, Çin ve Fransa tarafından sağlanmaktadır. Teknolojilerin her biri için mevcut patentlerin ve bilimsel yayınların %70’i söz konusu ülkeler tarafından yapılmaktadır. Ticari insansız hava araçlarının fiyatları 50 ila 300.000 ABD Doları arasında değişirken, dron pazarındaki büyüme daha mütevazıdır. Pazar geliri 2017’de 69 milyar dolardı ve 2023’te 141 milyar dolara ulaşması beklenmektedir. Ayrıca dron teknolojilerindeki gelişmeler mevcut ve yeni iş alanlarında birçok istihdam yaratmaya adaydır. Yapılan çalışmalarda, 2025’e kadar Amerika Birleşik Devletleri’nde dron kullanılan 100.000’den fazla yeni iş sahası oluşması beklenmektedir. Sonuç olarak; teknolojiler geliştikçe dronların yeteneklerinin ve kullanım alanlarının da gelişeceği açıktır. Dronların taşıma kapasiteleri, harekât yarıçapları arttıkça, kontrol ve uçuş güvenlik sistemleri daha güvenli ve dengeli hale geldikçe birçok sektörde kullanımı yaygınlaşacaktır. Bu durum bir kısım hizmet sektöründe iş gücü tasarrufu sağlarken, diğer taraftan gelişen İHA teknolojilerinin kontrolü ve yeni kullanım yerlerinde çeşitli istihdam olanakları da yaratabilecektir.

Yeni teknolojiler açısından bakıldığında; Dronlar mevcut teknolojilerin son kullanıcısı gibi görülse de ihtiyaçlarla yönlendirilen teknolojik inovasyonun gelişiminde önemli bir araçtır. Zira bir dronu daha uzak bir mesafeye, daha güvenle taşımak için geliştirilen teknolojiler, başka projelerde de farklı amaçlarla kullanılabileceği gibi, son teknoloji dronun kullanıldığı görevde ortaya çıkan yeni ihtiyaçlar ve eksiklikler yeni teknolojik gelişmelerin başlangıç noktası olacaktır. Dronları Mars yüzeyinde uçuran teknolojiler, bu dronlar sayesinde Mars’ta yapılan yeni keşifleri ve bu keşiflerde yeni teknolojik gelişmeleri ortaya çıkaracaktır. Teknolojinin çağımızda katlanarak artmasını sağlayan da işte bu “çığ etkisi”dir.