Bu araştırma, şekil hafızalı alaşım (Shape Memory Alloy, SMA) yaylardan oluşturulan iki yönlü yapay kaslarla hareket ettirilen küçük ölçekli bir kalça dış iskeleti prototipini; termo-mekanik karakterizasyon, sıcaklık tahmini, sistem tanımlama ve adaptif PID kontrol açısından incelemektedir. Altışar SMA yaydan oluşan iki karşıt yay grubu fleksiyon ve ekstansiyon yönlerini üretmiş, prototip karakterizasyon deneylerinde −20° ile 200° arasında hareket ettirilmiştir. İnce SMA yaylarının doğrudan sıcaklık ölçümündeki güçlük nedeniyle araştırmacılar termokupl ölçümlerini elektriksel gerilim ve akım verileriyle birleştiren ısı transferi tabanlı bir sıcaklık tahmin yöntemi geliştirmiştir. Sistem tanımlaması kontrolcü ayarları için transfer fonksiyonları sağlamış; adaptif kontrolün sinüzoidal yörünge deneyinde kalça açısı takip hatası 0,94° RMSE olarak raporlanmıştır. Ancak çalışma küçük ölçekli deneysel bir prototipe dayanmaktadır; insan üzerinde giyilebilir dış iskelet performansı, uzun dönem dayanıklılık veya klinik rehabilitasyon başarısı göstermemektedir.

Prototipin yapay kası, insan kaslarındaki karşıt hareket prensibinden esinlenen iki SMA yay grubuna dayanmaktadır. Her grupta altı yay bulunur. Kullanılan yayın tel çapı 0,5 mm, yayın dış çapı 3,5 mm ve sarım sayısı 25'tir. SMA ısıtıldığında martensit fazdan östenit faza geçerek eğitilmiş, daha kısa biçimine doğru kasılır; sistem bu doğrusal yer değiştirmeyi bir transmisyon teli ve makara üzerinden dönme hareketine çevirir. Karşıt yay grubunun enerjilendirilmesi hareket yönünü tersine çevirmektedir.

Kontrol sistemi iki temel geri bildirime dayanır: SMA sıcaklığı ve kalça eklemi açısı. Dört termokupl kullanılmış; iki termokupl fleksiyon grubunu, iki termokupl ekstansiyon grubunu izlemiştir. Açısal hız bir atalet ölçüm birimi (Inertial Measurement Unit, IMU) tarafından ölçülmüş, açı Kalman filtresiyle tahmin edilmiştir. Kontrol döngüsünün örnekleme süresi 50 ms, frekansı 20 Hz'dir. İki PID sıcaklığı, diğer iki adaptif PID ise hareket yönüne göre kalça açısını kontrol etmektedir.

Çalışmanın en önemli mühendislik sınırı SMA'nın termal davranışıdır. Joule ısıtması kasılmayı sağlarken soğuma doğal ortam koşullarına bırakılmıştır. Araştırmacılar daha önce yapılan deneylerle karşılaştırıldığında aynı hareket mesafesine ulaşmak için zamanla daha fazla ısıtma gerektiğini gözlemiş ve SMA'nın termal bozulma riskini azaltmak amacıyla sonraki adaptif kontrol deneylerindeki hareket aralığını 20°'ye düşürmüştür. Dolayısıyla çalışma, yüksek hareket açıklığının tek başına yeterli olmadığını; sıcaklık, soğuma süresi, kontrol hassasiyeti ve malzeme ömrünün birlikte değerlendirilmesi gerektiğini göstermektedir.

Türkiye açısından: Araştırma Türkiye'de insan kullanıcılarla yürütülmüş bir dış iskelet deneyi değildir ve sonuçlar doğrudan klinik rehabilitasyona aktarılamaz. Bununla birlikte SMA tabanlı kompakt aktüatör, sıcaklık tahmini ve adaptif kontrol yaklaşımı; üniversitelerde yumuşak robotik, rehabilitasyon robotları ve giyilebilir sistem prototipleri geliştiren araştırma grupları açısından incelenebilir bir mühendislik yaklaşımı sunmaktadır. Türkiye'de gerçek kullanıcıya yönelik bir uygulamaya geçilmesi için tam ölçekli prototip, kullanıcı güvenliği, ciltle ısıl temas, aktif soğutma, farklı yükler altında kontrol, çevrim ömrü ve uzun süreli malzeme yorgunluğu gibi konuların ayrıca doğrulanması gerekir.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Şekil hafızalı alaşımlar kompakt boyutta yüksek kuvvet üretebilmeleri, sessiz çalışmaları ve geleneksel motorlara kıyasla yumuşak ve esnek mekanizmalar oluşturabilmeleri nedeniyle giyilebilir robotlarda ilgi çekici aktüatörlerdir. Buna karşılık hareketleri doğrudan sıcaklığa bağlıdır. Isınma sırasında kasılan SMA'nın soğuması görece yavaştır; malzeme histerezis gösterir ve aşırı ısıtma şekil hafızası davranışını bozabilir.

Bu nedenle araştırma yalnızca “SMA yayı bir kalça eklemini hareket ettirebilir mi?” sorusuna odaklanmamaktadır. Asıl mühendislik problemi; SMA yayının sıcaklığının güvenilir biçimde izlenmesi, hareket dinamiğinin modellenmesi ve değişen sistem davranışına rağmen hedef kalça açısının kontrol edilebilmesidir.

İki yönlü SMA yapay kas nasıl çalışıyor?

Sistem iki karşıt SMA yay grubundan oluşur. Çalışmadaki Şekil 2, küçük ölçekli prototipin mekanik düzenini ayrıntılı olarak göstermektedir. Grup A'da altı SMA yay, Grup B'de bunlara karşı çalışan altı SMA yay bulunur. Yayların doğrusal hareketi çelik transmisyon teli üzerinden döner bağlantıya aktarılır. Bir grubun ısıtılması bağlantıyı bir yönde, diğer grubun ısıtılması karşı yönde hareket ettirir.

Çalışmanın Şekil 1'i SMA'nın martensit ve östenit fazları arasındaki termo-mekanik davranışı görselleştirir. Soğuk durumda martensit faz baskındır. Isıtma, malzemeyi östenit faza doğru dönüştürür ve yay eğitilmiş biçimine doğru toparlanır. Araştırmacılar bu fiziksel faz dönüşümünü biyolojik kastaki kasılmaya benzer bir aktüasyon mekanizması olarak kullanmıştır.

Yayın geometrisi kaynakta şu şekilde verilmiştir:

Prototipin hareket açıklığı ne kadar?

Termo-mekanik karakterizasyon deneylerinde küçük ölçekli prototip −20° ile 200° arasında hareket ettirilmiştir. Bununla birlikte çalışmanın Şekil 2a'sında insan kalçasının referans olarak verilen normal fleksiyon-ekstansiyon hareketi yaklaşık −15° ekstansiyon ile 120° fleksiyon arasında gösterilmektedir. Dolayısıyla prototipin deneysel mekanik hareket aralığı insan kalçasının fizyolojik hareket sınırı olarak yorumlanmamalıdır.

Araştırmanın sonraki adaptif kontrol deneylerinde ise termal bozulma riskini azaltmak amacıyla kullanılabilir hareket mesafesi kasıtlı olarak 20°'ye düşürülmüştür. Bu değişiklik, ilk karakterizasyon deneyindeki maksimum mekanik açıklık ile sürdürülebilir kontrol deneyindeki güvenli çalışma aralığının aynı kavram olmadığını göstermektedir.

İnce SMA yayının sıcaklığını ölçmek neden zor?

SMA aktüatörün faz dönüşümü sıcaklığa bağlı olduğu için sıcaklık, sistem güvenliği ve kontrol açısından kritik bir değişkendir. Ancak 0,5 mm çapındaki ince bir tele termokupl ucunu güvenilir biçimde sabitlemek kolay değildir. Sensörün hem iyi termal temas sağlaması hem de elektriksel olarak izole edilmesi gerekir.

Araştırmacılar termokupl ucunu SMA'ya bağlamak için poliimid bantla elektriksel izolasyon ve naylon misina ile mekanik sabitleme kullanmıştır. Buna rağmen küçük temas noktasının ölçüm sırasında başarısız olabileceği düşünülerek her SMA grubuna iki termokupl yerleştirilmiştir. Böylece toplam dört termokupl kullanılmıştır.

Bu donanımsal yedekliliğin yanında, araştırmacılar sensör arızası durumunda kullanılabilecek hesaplamalı bir sıcaklık tahmin yöntemi geliştirmiştir. Model; uygulanan gerilim, akım, ortam sıcaklığı ve deneysel olarak kalibre edilen ısıl parametreleri kullanarak SMA sıcaklığını hesaplamaktadır.

SMA'nın ısı transfer modeli nasıl kurulmuş?

Araştırmacılar sıcaklık değişim hızını elektriksel giriş gücü ile çevreye aktarılan ısı arasındaki enerji dengesi üzerinden tanımlamıştır:

\[ \dot{T}= \frac{I V-h_cA_{sp}(T-T_{amb})} {m_{sp}C_p} \]

Burada \(V\) uygulanan gerilimi, \(I\) akımı, \(m_{sp}\) SMA yayının kütlesini, \(C_p\) özgül ısı kapasitesini, \(T_{amb}\) ortam sıcaklığını ve \(A_{sp}\) çevreyle ısı alışverişi yapan yay yüzey alanını temsil etmektedir.

Konveksiyon katsayısı sabit kabul edilmemiş ve şu ilişkiyle modellenmiştir:

\[ h_c=h_0+h_2T^n \]

Yayın ısı transfer yüzey alanı ise kaynakta:

\[ A_{sp}=\pi dL \]

olarak verilmektedir. Burada \(d\) tel çapı ve \(L\) SMA yay telinin toplam uzunluğudur.

Sıcaklık tahmin modeli deneysel veriden nasıl belirlenmiş?

Ortam sıcaklığı çıkarılarak:

\[ T_e=T-T_{amb} \]

tanımlanmış ve sıcaklık dinamiği:

\[ \dot{T}_e=a_1VI+a_2T_e^n \]

biçimine indirgenmiştir. Birinci derece varsayımında \(n=1\) alınarak \(Z=\dot{T}_e\), \(X=VI\) ve \(Y=T_e\) tanımları yapılmıştır:

\[ [Z]=[X\;\;Y] \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} \]

ve katsayılar deneysel örneklerden pseudo-inverse kullanılarak hesaplanmıştır:

\[ \begin{bmatrix} a_1\\ a_2 \end{bmatrix} = [X\;\;Y]^{-1}[Z] \]

Aynı işlem \(n=2\) ve \(n=3\) için de tekrarlanmıştır. Her model iki başlangıç koşulunda değerlendirilmiştir: başlangıç sıcaklığının ölçülerek bilinmesi ve başlangıç sıcaklığının bilinmediği durumda ortam sıcaklığına eşit varsayılması.

Sıcaklık tahmininde hangi RMSE değerleri elde edildi?

T1 için başlangıç sıcaklığının ölçüldüğü durumda birinci derece model 0,40 °C RMSE ile tabloda verilen en düşük hatayı sağlamaktadır. Başlangıç sıcaklığı ölçülmediğinde T1 için üç modelde de 1,53 °C raporlanmıştır.

T2 sonuçlarında kaynak içi bir yorum problemi bulunmaktadır. Metinde ikinci derece modelin T2 için en düşük RMSE'yi verdiği belirtilmektedir; ancak başlangıç sıcaklığı ölçülmüş durumda üçüncü derece modelin 2,31 °C değeri, ikinci derece modelin 3,78 °C değerinden düşüktür. Başlangıç sıcaklığının bilinmediği durumda ise ikinci derece model 3,51 °C ile diğer iki T2 tahmininden daha düşük hata vermektedir. Bu nedenle hangi modelin “en iyi” olduğu başlangıç koşuluna bağlıdır.

Aynı bölümde araştırmacılar tahmin hatasının ±2 °C içinde kaldığını belirtmektedir. Bununla birlikte yukarıdaki tabloda 2 °C'nin üzerinde birçok RMSE değeri bulunduğundan bu ifade bütün model ve başlangıç koşullarına genellenemez.

Kalça açısı nasıl ölçülüyor ve kontrol ediliyor?

Prototipte bir IMU açısal hareketi ölçer. Araştırmacılar IMU'dan alınan açısal hız verisini Kalman filtresinden geçirerek kalça açısını tahmin etmektedir.

Toplam dört PID kontrolcü kullanılmıştır. İlk iki PID kontrolcü iki SMA grubunun sıcaklığını düzenler. Diğer iki kontrolcü, istenen ve ölçülen kalça açısı arasındaki hatanın yönüne göre fleksiyon veya ekstansiyon SMA grubunu çalıştırmaktadır.

Sıcaklık hatası:

\[ e_T=T_m-T_d \]

olarak tanımlanmıştır. Sıcaklık PID kontrol sinyali:

\[ C_{T1,T2} = K_{pT}e_T+ K_{iT}\int e_Tdt+ K_{dT}\frac{de_T}{dt} \]

biçimindedir. Bu kontrolcülerin yalnızca ısıtma sırasında etkin olduğu özellikle belirtilmiştir. SMA'nın soğutulması aktif bir sistem tarafından değil, ortam havası üzerinden doğal soğumayla gerçekleşmektedir.

Açı kontrolünde takip hatası:

\[ e_x=\theta_{hip}-\theta_{Des} \]

ve adaptif PID kontrol sinyali:

\[ C_{x1,x2}(t) = K_Pe(t)+K_I\int_0^t e(t)dt+K_D\frac{d}{dt}e(t) \]

olarak tanımlanmıştır.

Adaptif PID neyi değiştiriyor?

Sabit PID'den farklı olarak adaptif yapı, \(K_P\), \(K_I\) ve \(K_D\) kazançlarını çalışma sırasında güncellemektedir:

\[ K_P(n+1)=K_P(n)+\gamma_1e_x(t) \]

\[ K_I(n+1)=K_I(n)+\gamma_2K_I\int_0^t e_x(t)dt \]

\[ K_D(n+1)=K_D(n)+\gamma_3K_D\frac{d}{dt}e_x(t) \]

\(\gamma_1\), \(\gamma_2\) ve \(\gamma_3\) pozitif öğrenme oranlarıdır. Araştırmacılar başlangıç PID kazançlarını ve öğrenme oranlarını deneysel iteratif ayarlamayla belirlediklerini, uygun olmayan parametrelerin sistemi istenmeyen davranışa sürükleyebileceğini açıkça belirtmektedir.

Sistem tanımlama neden yapıldı?

SMA sistemi sıcaklık, faz dönüşümü, mekanik yük ve doğal soğuma nedeniyle basit doğrusal bir aktüatör gibi davranmamaktadır. Araştırmacılar kontrolcü ayarlamasını yalnız deneme-yanılmaya bırakmak yerine MATLAB R2021a System Identification Toolbox kullanarak deneysel giriş-çıkış verilerinden transfer fonksiyonları çıkarmıştır.

Fleksiyon ve ekstansiyon yönleri ayrı ayrı tanımlanmıştır. Bunun nedeni karşıt SMA gruplarının iki yöndeki sistem dinamiklerinin aynı olmamasıdır.

Fleksiyon tarafında tabloda en yüksek fitness %96,51 ile gecikmeli az sönümlü kutup çiftine aittir. Bununla birlikte araştırmacılar sonraki PID ayarlaması için %95,15 fitness'a sahip gecikmeli iki kutuplu modeli seçmiştir. Kaynak bu seçimin neden daha yüksek fitness'lı modele tercih edildiğini açıkça açıklamamaktadır.

Ekstansiyon tarafında ise %88,1 ile gecikmeli az sönümlü kutup çifti hem tabloda en yüksek fitness değerine sahiptir hem de araştırmacılar tarafından kontrolcü tasarımında seçilmiştir.

Termo-mekanik karakterizasyon ne gösterdi?

Karakterizasyon deneylerinde önce Grup B üzerinden fleksiyon hareketi oluşturulmuştur. SMA yaylarına 10 V DC uygulanmış ve PWM kontrollü akım yavaşça artırılmıştır. Joule ısıtmasıyla sıcaklık yükselirken bağlantının açısı da değişmiştir. Grup B için ısıtma, sıcaklık 120 °C'ye, kalça açısı 200°'ye veya deney süresi 400 saniyeye ulaşmadan önce ilgili sınırlara göre durdurulmuştur.

Ardından doğal soğuma beklenmiş ve Grup A üzerinden ters yönde hareket oluşturulmuştur. Grup A deneyinde sıcaklık sınırı yine 120 °C, açı sınırı −20° ve zaman sınırı 800 saniye olarak verilmiştir. Deneyler tutarlılığı değerlendirmek amacıyla beş kez tekrarlanmıştır.

Şekil 13'teki beş tekrar, eklem açısının 200° civarındaki üst konuma yükselip daha sonra karşıt yay grubu etkinleştirildiğinde −20° civarındaki konuma dönebildiğini göstermektedir. Aynı şeklin sıcaklık grafiği, her yay grubunun Joule ısıtması sırasında hızla ısındığını ve enerji kesildiğinde ortam koşullarında kademeli olarak soğuduğunu göstermektedir.

Neden daha sonra hareket aralığı 20°'ye düşürüldü?

Araştırmacılar mevcut deneyleri yaklaşık 10 ay önceki PID kontrol deneyleriyle karşılaştırdığında benzer açısal hareketi üretmek için daha yüksek sıcaklığın gerektiğini bildirmektedir. Yazarlar bunu SMA'nın aşırı ısıtılmasına ve şekil hafızası özelliklerinin bozulma riskine bağlamaktadır.

Bu nedenle adaptif PID ile yapılan sonraki kontrol deneylerinde hareket açıklığı 20° ile sınırlandırılmıştır. Amaç daha büyük hareket üretmek yerine SMA'yı yüksek sıcaklıktan koruyarak kontrol davranışını incelemektir.

Adaptif kontrol deneylerinde sonuç ne oldu?

20 V giriş altında yapılan basamak yörüngesi deneyinde adaptif kontrol için RMSE 2,98° olarak verilmiştir. Çalışmanın sonuç bölümünde aynı basamak deneyleri için gecikme süresi 2,09 s, yükselme süresi 2,51 s ve aşım %10,5 olarak raporlanmaktadır.

Sinüzoidal referans yörüngesinde ise istenen ve gerçek açı eğrileri büyük ölçüde birbirini takip etmiştir. Şekil 17'de açı ölçümüne ani bozucular eklenmesine rağmen adaptif kontrolün yörüngeyi yeniden takip ettiği gösterilmektedir. Bu deneyde:

RMSE = 0,94°

olarak raporlanmıştır. Bu sonuç çalışmanın deney düzeneğinde açı takip performansını ifade eder; gerçek bir kullanıcının yürüyüşünde veya rehabilitasyon uygulamasında elde edilmiş klinik doğruluk değeri değildir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• Altışar SMA yaydan oluşan iki karşıt yay grubu küçük ölçekli prototipte iki yönlü eklem hareketi üretebilmiştir.
• Termo-mekanik karakterizasyon deneylerinde prototip −20° ile 200° arasındaki mekanik hareket aralığını göstermiştir.
• Gerilim ve akım ölçümlerini ısı transfer modeliyle birleştiren sıcaklık tahmin yaklaşımı deneysel termokupl verileriyle karşılaştırılmıştır.
• T1 sıcaklığında birinci derece model ve ölçülmüş başlangıç sıcaklığı için 0,40 °C RMSE raporlanmıştır.
• Sistem tanımlama, fleksiyon ve ekstansiyon yönleri için birbirinden farklı dinamik davranışlar ortaya koymuştur.
• Adaptif PID kontrol sinüzoidal deneyde 0,94° açı takip RMSE'sine ulaşmıştır.
• Termal yükün SMA hareket açıklığı ve uzun dönem kullanılabilirliği açısından temel sınırlayıcı faktörlerden biri olduğu deneysel olarak görünür hâle gelmiştir.

Çalışmanın desteklemediği veya test etmediği sonuçlar

• Çalışma gerçek bir insan üzerinde giyilebilir kalça dış iskeleti deneyi değildir.
• 0,94° RMSE bir klinik rehabilitasyon başarısı veya hasta sonucu değildir.
• −20° ile 200° arasındaki prototip hareketi insan kalçası için önerilen çalışma aralığı değildir.
• SMA sisteminin uzun dönem çevrim ömrü deneysel olarak ortaya konmamıştır.
• Aktif soğutma sistemi bu çalışmada uygulanmamıştır.
• Ciltle temas eden tam ölçekli bir dış iskelette ısıl güvenlik doğrulanmamıştır.
• Sıcaklık tahmin yönteminin her SMA geometrisinde veya farklı ortam koşullarında aynı doğruluğu vereceği gösterilmemiştir.
• Uzun süreli kullanımdaki malzeme yorulması ve performans kaybı kapsamlı biçimde test edilmemiştir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Deneysel sistem özeti

SMA'nın termo-mekanik bağıntısı

Kaynakta SMA yayı için gerilme, sıcaklık, kayma şekil değiştirmesi ve martensit oranını ilişkilendiren fenomenolojik model şu şekilde verilmektedir:

\[ \dot{\tau} = G\dot{\gamma} + \Omega\dot{\xi} + \Theta\dot{T} \]

Burada \(G\) kayma modülü, \(\Omega\) dönüşüm tensörü, \(\Theta\) termoelastik tensör, \(\gamma\) kayma şekil değiştirmesi, \(T\) sıcaklık ve \(\xi\) martensit faz oranıdır. Kaynakta \(\xi=1\) tamamen martensit, yani soğuk durum; \(\xi=0\) ise tamamen östenit, yani sıcak durum olarak tanımlanmaktadır.

Doğrusal hareketten dönme hareketine geçiş

SMA yay grubunun oluşturduğu doğrusal yer değiştirme makara üzerinden kalça bağlantısının dönüşüne çevrilmektedir:

\[ \theta_x= \frac{\Delta L}{r_{pulley}} \]

\(\Delta L\) SMA yaylarının oluşturduğu doğrusal hareketi, \(r_{pulley}\) makara yarıçapını ve \(\theta_x\) bağlantının dönme açısını temsil etmektedir.

Fleksiyon sistem tanımlaması

Araştırmacılar PID ayarı için %95,15 fitness değerindeki gecikmeli iki kutuplu modeli seçmiştir:

\[ G_{flex}(s) = \frac{648.2} {348.8s^2+37.35s+1} e^{-6.46s} \]

Bu model için belirlenen PID kazançları:

• \(K_p = 0.00518\)
• \(K_i = 0.00001\)
• \(K_d = 0.05697\)

Simülasyonda yükselme süresi 8,7 s, yerleşme süresi 56,8 s ve aşım %6,9 olarak bildirilmiştir.

Ekstansiyon sistem tanımlaması

Ekstansiyon için seçilen transfer fonksiyonu:

\[ G_{ext}(s) = \frac{0.003174} {281.2s^2+15.33s+1} e^{-22.4s} \]

PID parametreleri:

• \(K_p = 120.3254\)
• \(K_i = 5.7343\)
• \(K_d = 631.2162\)

Simülasyonda yükselme süresi 39,3 s, yerleşme süresi 290 s ve aşım %8,15 olarak bildirilmiştir. Fleksiyon ve ekstansiyon dinamikleri arasındaki bu büyük farklılık, iki yönün tek bir özdeş dinamik modelle temsil edilmediğini göstermektedir.

Adaptif kontrol deneyinin başlangıç parametreleri

Hareket aralığı termal risk nedeniyle 20°'ye düşürüldükten sonra adaptif kontrol deneylerinde başlangıç PID parametreleri kaynakta şu biçimde verilmiştir:

• \(k_p = 0.621732 \times 255\)
• \(k_i = 0.007068 \times 255\)
• \(k_d = 0.0341826 \times 255\)

Adaptasyon öğrenme oranları:

• \(\gamma_1 = 6.0 \times 10^{-6}\)
• \(\gamma_2 = 10^{-7}\)
• \(\gamma_3 = 5 \times 10^{-9}\)

Deneysel kontrol sonuçları

Çalışmanın temel mühendislik sınırlılıkları

• SMA'nın doğal soğuma süresi sistem cevabını sınırlar.
• Aşırı sıcaklık şekil hafızası davranışında bozulma ve aktüatör ömründe azalma riski taşır.
• Önceki deneylere göre aynı hareket için daha fazla ısı gerektiği gözlenmiştir.
• Bu nedenle sonraki deneylerde hareket mesafesi 20°'ye düşürülmüştür.
• Tam ölçekli insan giyilebilir dış iskeleti bu çalışma kapsamında test edilmemiştir.
• Uzun dönem çevrim ve dayanıklılık testleri yapılmamıştır.
• Aktif soğutma uygulanmamış; araştırmacılar bunu gelecek çalışma konusu olarak belirtmiştir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Temperature Estimation of Thin Shape Memory Alloy Springs in a Small-Scale Hip Exoskeleton with System Identification and Adaptive Control

Yazarlar: Hussein F. M. Ali, Youngshik Kim, Ejaz Ahmad, Shuaiby Mohamed.

Yazar sırası: Kaynakta verilen sıra aynen korunmuştur.

Eş birinci / eş katkı: Kaynakta eş birinci veya eş katkı beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazarlar: Hussein F. M. Ali ve Youngshik Kim.

Kurumlar:

• Department of Mechanical Engineering, Benha University, Benha, Egypt.
• Department of Smart Computing, Kyungdong University Global, Goseong, Republic of Korea.
• Department of Mechanical Engineering, Hanbat National University, Daejeon, Republic of Korea.
• Department of Mechatronics Engineering, Assiut University, Assiut, Egypt.

Kaynak türü: Hakemli deneysel araştırma makalesi; SMA aktüatör, sistem tanımlama, sıcaklık tahmini ve adaptif kontrol çalışması.

Dergi: Actuators.

Yayınevi: MDPI.

Bibliyografik künyesi: Actuators 2026, 15(1), 26.

Makale numarası: 26.

DOI: 10.3390/act15010026.

Resmî yayın bağlantısı:https://doi.org/10.3390/act15010026

Gönderim tarihi: 23 Ağustos 2025.

Revizyon tarihi: 23 Kasım 2025.

Kabul tarihi: 16 Aralık 2025.

Yayın tarihi: 3 Ocak 2026.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Finansman: Çalışma, Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) üzerinden Kore hükümeti MSIT tarafından desteklenen 2017R1A2B4008056, 2021R1H1A2093798 ve 2022R1A2C1011462 numaralı hibelerden finansman almıştır. Ayrıca Ministry of Education tarafından finanse edilen Regional Innovation Strategy kapsamında 2021RIS-004 desteği ve ilk yazar için NRF Brain Pool programı kapsamında 2019H1D3A1A01071124 numaralı destek bildirilmiştir.

Veri erişilebilirliği: Araştırma verilerinin talep üzerine sağlanabileceği belirtilmiştir.

Kurumsal etik kurul: Kaynakta “Not applicable” olarak belirtilmiştir.

Bilgilendirilmiş onam: Kaynakta “Not applicable” olarak belirtilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma H.F.M.A. ve Y.K.; metodoloji H.F.M.A.; yazılım H.F.M.A. ve S.M.; doğrulama H.F.M.A. ve S.M.; formel analiz ve araştırma H.F.M.A.; kaynaklar Y.K.; veri düzenleme H.F.M.A. ve S.M.; ilk taslak H.F.M.A., E.A. ve S.M.; gözden geçirme ve düzenleme H.F.M.A.; görselleştirme H.F.M.A. ve S.M.; danışmanlık, proje yönetimi ve finansman edinimi Y.K. olarak bildirilmiştir.

Yapay zekâ kullanım beyanı: Yazarlar makalenin hazırlanması sırasında literatür taraması desteği, metin düzenleme, dil iyileştirme ve LaTeX biçimlendirme teknik desteği amacıyla ChatGPT, model GPT-5 kullandıklarını açıkça belirtmiştir. Yazarlar bütün çıktıları gözden geçirip düzenlediklerini ve yayın içeriğinin sorumluluğunu üstlendiklerini beyan etmektedir.

Bilimsel içerik sınırı: Bu Verianla yazısındaki deney düzeneği, formüller, sıcaklık değerleri, RMSE sonuçları, transfer fonksiyonları, kontrol parametreleri ve bilimsel yorumlar incelenen temel çalışmaya dayanmaktadır. Bibliyografik doğrulama dışında dış kaynaklardan yeni deneysel bulgu eklenmemiştir.

Kaynak içindeki önemli tutarsızlıklar

• Sıcaklık tahmini bölümünde bir cümlede hem T1 hem T2 “SMA springs group A” olarak tanımlanmıştır. Çalışmanın diğer bölümlerindeki kontrol mimarisinde T1 ve T2 iki farklı karşıt SMA grubuna aittir. Bu durum kaynak içi etiketleme tutarsızlığı olarak korunmuştur.
• Fleksiyon sistem tanımlamasında Tablo 1'in en yüksek fitness değeri %96,51 ile “underdamped pair with delay” modeline aittir. Buna rağmen yazarlar kontrolcü tasarımı için %95,15 fitness'a sahip “two poles with delay” modelini seçmektedir. Kaynak bu tercihin nedenini açıkça belirtmemektedir.
• Sıcaklık tahmini değerlendirmesinde yazarlar T2 için ikinci derece modelin en düşük RMSE'yi verdiğini belirtmektedir. Ancak başlangıç sıcaklığı ölçülmüş durumda üçüncü derece model 2,31 °C, ikinci derece model ise 3,78 °C RMSE vermektedir. Başlangıç sıcaklığı ölçülmemiş durumda ikinci derece modelin 3,51 °C sonucu en düşük değerdir.
• Kaynakta sıcaklık tahmin hatasının ±2 °C içinde kaldığı ifade edilmesine rağmen Şekil 10–12'de 2,31, 2,64, 3,51, 3,78, 4,15, 4,44, 7,65 ve 13,75 °C gibi 2 °C'nin üzerinde RMSE sonuçları bulunmaktadır. Bu nedenle ±2 °C ifadesi bütün test koşulları için geçerli bir genel sonuç olarak sunulmamıştır.
• Termo-mekanik karakterizasyonun açıklama metninde Şekil 13b sıcaklık, Şekil 13c açı olarak tarif edilmektedir; görünür şekil ve şekil alt yazısında ise 13b eklem açısı, 13c sıcaklıktır.

Bilimsel yorum sınırı: Araştırma küçük ölçekli deneysel bir prototipi incelemektedir. Prototipin −20° ile 200° arasında mekanik hareket göstermesi, bu aralığın insan kalçasında güvenli veya fizyolojik olduğu anlamına gelmez. Adaptif kontrol deneyindeki 0,94° RMSE de gerçek hasta rehabilitasyonundaki performansı temsil etmez. SMA sıcaklığı insanla temas açısından önemli bir güvenlik problemidir ve araştırmacılar gelecekte aktif soğutma ile uzun dönem dayanıklılık çalışmalarına ihtiyaç olduğunu açıkça belirtmektedir.