Akademik araştırmalar, anlaşılır dil

Verianla | Akademik Araştırmalardan Türkçe Ekonomi ve Bilim İçerikleri

27 Eylül 2026, Pazar
VERİANLABağımsız bilim yayıncılığı
Menüyü aç veya kapat
...
Home / Uygulamalı Bilimler / Makine Bilimi / Toprak Organik Karbonu ve Toprak Solunumunun Yerinde Ölçümü İçin Otonom Robotik Platformun Tasarımı ve Entegrasyonu
Tarım Bilimi

Toprak Organik Karbonu ve Toprak Solunumunun Yerinde Ölçümü İçin Otonom Robotik Platformun Tasarımı ve Entegrasyonu

Bu araştırma, toprak organik karbonunu (Soil Organic Carbon, SOC) ve toprak solunumunu (soil respiration, Rs) aynı mobil robotik sistem içinde, tarla koşullarında ve büyük ölçüde insan müdahalesi olmadan ölçmeye yönelik yaklaşık 500 kg kütleli otonom bir saha laboratuvarını geliştirmektedir.

14/08/2026  Veri Anla 47 görüntüleme
Toprak Organik Karbonu ve Toprak Solunumunun Yerinde Ölçümü İçin Otonom Robotik Platformun Tasarımı ve Entegrasyonu

Bu araştırma, toprak organik karbonunu (Soil Organic Carbon, SOC) ve toprak solunumunu (soil respiration, Rs) aynı mobil robotik sistem içinde, tarla koşullarında ve büyük ölçüde insan müdahalesi olmadan ölçmeye yönelik yaklaşık 500 kg kütleli otonom bir saha laboratuvarını geliştirmektedir. Dört bağımsız sürüş ve direksiyon tekerleği, altı serbestlik dereceli robot kolu, otomatik takım değiştirme sistemi, toprak kazıyıcı, burgu, solunum odası, LIBS spektroskopi cihazı, CO₂ analiz sistemi ve ROS2 tabanlı kontrol mimarisi tek platformda bütünleştirilmiştir. Saha doğrulamasında robot yüzeyi temizleyebilmiş, toprağı delebilmiş, numune toplayıp hazırlayabilmiş, solunum odasını yerleştirebilmiş ve her iki ölçüm cihazından veri alabilmiştir. Bununla birlikte SOC ve Rs ölçümleri henüz laboratuvar referans yöntemleriyle tam kalibre edilmediğinden çalışma öncelikle ölçüm doğruluğunu değil sistem entegrasyonunu ve otonom iş akışının çalışabilirliğini doğrulamaktadır.

Robotik platformun temel yeniliği, çoğu mevcut sistemde ayrı ayrı ele alınan toprak örnekleme, kimyasal analiz ve gaz akısı ölçüm görevlerini tek bir otonom sistemde bir araya getirmesidir. Toprak yüzeyinin temizlenmesinden burgu ile örnek alınmasına, 25 örneğin birleştirilip homojenleştirilmesinden numunenin robot koluyla sıkıştırılarak Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) cihazına sunulmasına kadar uzanan süreç otomatikleştirilmiştir. Toprak solunumu için ise ayrı bir kapalı dinamik oda sistemi toprağa yerleştirilerek CO₂ konsantrasyon değişiminin izlenmesi sağlanmıştır.

Platform yaklaşık 1,2 m/s azami hıza ulaşabilmekte ve tasarım açısından 25°'ye kadar eğimli yüzeyleri aşabilecek şekilde yapılandırılmıştır. Dört bağımsız direksiyon ve çekiş modülü aracın tarla içinde yüksek manevra kabiliyeti kazanmasını sağlarken LiDAR, RGB-D kameralar, GNSS, IMU ve tekerlek odometrisi konumlama ve çevre algılama için kullanılmaktadır. Denenen saha koşullarında GNSS, IMU ve odometri füzyonuyla elde edilen konumlama doğruluğu 2 metreden daha iyi olarak bildirilmiş ve mevcut örnekleme görevi için yeterli kabul edilmiştir.

Toprak organik karbonu ölçümü için 25 örnekleme noktasından toplanan malzeme birleştirilmekte ve homojenleştirilmektedir. Hazırlanan toprak robot koluyla mekanik olarak sıkıştırılıp SciAps Z-903 LIBS analizörünün ölçüm konumuna taşınmaktadır. LIBS sistemi element bileşimini yaklaşık 5 saniyede okuyabilmektedir. Ancak çalışmada elde edilen LIBS çıktılarının SOC açısından tam kalibrasyonu yapılmadığı için cihaz ekranında görünen element yüzdeleri doğrulanmış SOC konsantrasyonu olarak değerlendirilmemelidir.

Toprak solunumu için LI-COR Smart Chamber ve LI-870 CO₂/H₂O analizörü kullanılmıştır. Kapalı dinamik oda toprağa yerleştirildikten sonra oda içindeki gazlar analizöre dolaştırılmakta ve tipik olarak yaklaşık 120 saniyelik ölçüm süresinde CO₂ konsantrasyonundaki değişim izlenmektedir. Nem ve sıcaklık probları da aynı anda toprağa girmekte ve bu veriler ölçümün çevresel bağlamını korumak amacıyla kaydedilmektedir.

Türkiye açısından değerlendirme: Bu çalışma, Türkiye'deki tarımsal arazilerde toprak sağlığı, karbon izleme ve hassas tarım uygulamalarına aktarılabilecek önemli bir robotik mimari örneği sunmaktadır. Ancak çalışma Hırvatistan'daki geliştirme ve saha koşullarına dayanmaktadır. Türkiye'de farklı kil, kum, organik madde, taşlılık, nem, sıkışma ve eğim koşullarında burgu penetrasyonu, tekerlek çekişi, GNSS performansı, LIBS kalibrasyonu ve CO₂ akısı ölçümlerinin ayrıca doğrulanması gerekir. Çalışmanın mevcut sonuçları Türkiye'deki tarım arazilerinde doğrudan nicel SOC veya toprak solunumu doğruluğu göstermez.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Toprak organik karbonu ve toprak solunumu, toprağın kimyasal ve biyolojik durumunu anlamak için farklı fakat tamamlayıcı bilgiler sağlar. SOC ölçümü geleneksel olarak toprak örneğinin araziden alınmasını, hazırlanmasını ve laboratuvarda analiz edilmesini gerektirirken toprak solunumu çoğunlukla arazide statik veya otomatik odalar kullanılarak ölçülmektedir. Her iki süreç de yoğun insan emeği gerektirebilir ve numune alınmasıyla sonuç elde edilmesi arasında gecikme oluşturabilir.

Mevcut tarım robotlarının önemli bölümü ya toprak örnekleme ve besin analizi ya da gaz akısı ölçümü üzerinde uzmanlaşmaktadır. Araştırmanın hedeflediği boşluk, karbon stoğuyla ilişkili bir gösterge olan SOC ile biyolojik aktiviteyi yansıtan Rs'yi aynı otonom saha platformunda ölçebilecek bütünleşik bir sistem geliştirmektir.

TerraSpiro sistemi neyi bir araya getiriyor?

Geliştirilen mobil robotik laboratuvar dört temel mühendislik katmanını birleştirmektedir:

  • arazi içinde otonom hareket ve konumlama,
  • toprakla doğrudan mekanik etkileşim,
  • robot koluyla takım ve numune manipülasyonu,
  • SOC ve toprak solunumu için iki farklı ölçüm zinciri.

Sistem yaklaşık 500 kg kütleye sahiptir. Dört tekerleğin her biri bağımsız sürüş ve direksiyon hareketine sahip olduğundan platform 4WD4WS, yani dört tekerlekten çekişli ve dört tekerlekten yönlendirmeli bir mimari kullanmaktadır. Bu yapı tarım arazilerinde yan hareket ve hassas konumlama dahil yüksek manevra kabiliyeti sağlamak amacıyla seçilmiştir.

Platform parametresiKaynakta verilen değer
Toplam kütleYaklaşık 500 kg
Azami hız1,2 m/s
Tırmanılabilir eğim25°'ye kadar
Platform uzunluğu2300 mm
Platform genişliği1300 mm
Platform yüksekliği658,5 mm
Tekerlek yarıçapı325 mm
Merkez açıklık750 × 700 mm; yükseklik 694 mm

Neden robotun ortasında açık bir çalışma bölgesi bulunuyor?

Platformun karakteristik tasarım özelliklerinden biri gövdenin merkezindeki korumalı açıklıktır. Toprak kazıma, delme, oda yerleştirme ve numune hazırlama işlemlerinin büyük bölümü bu alan içerisinde gerçekleşmektedir. Böylece ölçüm ekipmanı rüzgârla taşınan yaprak, toz veya gevşek artık gibi çevresel etkilerden belirli ölçüde korunurken toprağa uygulanan yüksek dikey kuvvetler robotun kütle merkezine yakın tutulmaktadır.

Merkezi konumlandırma, özellikle burgu ve solunum odası gibi araçların toprağa bastırılması sırasında robot gövdesinde oluşturulan momentleri azaltmayı ve platform kararlılığını korumayı amaçlamaktadır.

Robot çevresini nasıl algılıyor?

Platformun en yüksek noktasına yerleştirilmiş 3B LS LiDAR C32W sensörü 360° çevre taraması için kullanılmaktadır. Dört Intel RealSense D435 RGB-D kamera çevresel görüş alanını genişletirken iki SICK outdoorScan3 güvenlik LiDAR'ı yakın alan engel algılama görevini üstlenmektedir.

Konumlama için GNSS, IMU ve tekerlek odometrisi birlikte değerlendirilmekte ve iki aşamalı Genişletilmiş Kalman Filtresi (Extended Kalman Filter, EKF) ile birleştirilmektedir. Denenen koşullarda 2 metreden daha iyi konumlama doğruluğu, araştırmacılar tarafından bu çalışmanın örnekleme görevleri için yeterli görülmüştür. Daha hassas konumlama gerektiren sonraki geliştirmeler için RTK-GNSS entegrasyonu önerilmektedir.

Toprak yüzeyi neden önce kazınıyor?

SOC ve toprak solunumu ölçümü yapılacak yüzeyde kökler, bitki artıkları ve organik kalıntılar bulunabilir. Bu nedenle robotun ilk mekanik işlemlerinden biri yüzey temizliğidir. Çelik kazıyıcı yaklaşık 3 cm toprağa girmekte ve platform yaklaşık 1 m ilerlerken yüzey tabakasını örnekleme alanından uzaklaştırmaktadır.

Kazıyıcının genişliği hem burgu hem de solunum odasının bilezik çapından büyük tasarlanmıştır. Böylece sonraki araçların temizlenmemiş yüzeye temas etmesi önlenmeye çalışılmaktadır.

Toprak örneği nasıl alınıyor?

Araştırmacılar doğrudan itilen toprak probu yerine burgu kullanmayı tercih etmiştir. Burgu dönerken toprağı gevşetmekte ve spiral geometrisi boyunca yukarı taşımaktadır. Bu mekanizma özellikle kuru veya sıkışmış topraklarda yalnız dikey kuvvet kullanan problara göre mekanik avantaj sağlamaktadır.

Sistem, SOC için tek bir noktadan alınan numuneyi bütün alanın temsilcisi kabul etmez. Bunun yerine referans konumu çevresinde eş merkezli dairesel örnekleme düzenine dağıtılmış 25 ayrı noktadan malzeme toplamaktadır. Her delme işleminden çıkan toprak özel bir kaba aktarılmakta, 25 örnek tamamlandıktan sonra birleştirilerek homojenleştirilmektedir.

Delme neden kademeli yapılıyor?

Burgu için hedef delme derinliği çalışmada 30 cm olarak tanımlanmıştır. Burgu toprağa, kazıyıcı ve oda sisteminden daha yavaş ilerletilmektedir; çünkü dönen spiral yapının gevşettiği toprağı kuyudan uzaklaştırabilmesi için zamana ihtiyaç vardır.

Yüksek direnç altında ani mekanik yükleri azaltmak amacıyla sürekli sabit hız yerine 5 cm ve 10 cm'lik kademeli ilerleme stratejisi kullanılmıştır. Kontrol komutunda delme hızı derinlikle birlikte artırılmıştır.

Bununla birlikte kaynakta dikkat edilmesi gereken bir ayrıntı vardır: yöntem metni ve durum makinesi 30 cm hedefi açıkça tanımlarken Şekil 19'daki mekanizma konum eğrisi yaklaşık −25 cm civarında sonlanmaktadır. Çalışma bu farkın koordinat referansından mı yoksa gerçek penetrasyon derinliğinden mi kaynaklandığını açıklamamaktadır. Bu nedenle grafikten “30 cm fiziksel penetrasyon deneysel olarak kesin doğrulandı” sonucu çıkarılmamalıdır.

Toprak organik karbonu nasıl ölçülüyor?

Toprak organik karbonunun analizi için SciAps Z-903 taşınabilir LIBS cihazı kullanılmıştır. LIBS, yüksek enerjili lazer darbesiyle numunenin yüzeyinde kısa süreli plazma oluşturur ve bu plazmadan yayılan spektral çizgiler üzerinden element bileşimini belirler.

Robotik ölçüm zincirinde delinen 25 noktadan gelen toprak önce birleştirilmekte ve homojenleştirilmektedir. Robot kolu daha sonra bir metal braket kullanarak numuneyi almakta, düz bir yüzeye bastırarak sıkıştırmakta ve LIBS cihazının ölçüm konumuna taşımaktadır. Numunenin sıkıştırılması, lazerin karşılaştığı yüzey yoğunluğunu daha tutarlı hale getirmek amacıyla uygulanmaktadır.

LIBS cihazının element ölçümü yaklaşık 5 saniye sürmektedir. Bununla birlikte araştırmanın mevcut aşamasında SOC kalibrasyonu tamamlanmamıştır. Şekil 21a'daki ekran çıktısında çeşitli element konsantrasyonları ve karbon için ham bir cihaz değeri görülmektedir; araştırmacılar bu çıktının kalibre edilmiş SOC sonucu olmadığını açıkça belirtmektedir. Bu nedenle ham karbon yüzdesini gerçek toprak organik karbon konsantrasyonu olarak kullanmak bilimsel açıdan doğru değildir.

Toprak solunumu nasıl ölçülüyor?

Toprak solunumu, toprak yüzeyinden atmosfere çıkan CO₂ akısını izlemek için LI-COR Smart Chamber ile LI-870 CO₂/H₂O analizörünün birlikte kullanıldığı kapalı dinamik oda yöntemiyle ölçülmektedir.

Robot kolu gerekli bağlantı mekanizmasını yerleştirdikten sonra dikey mekanizma çelik bileziği toprağa bastırmaktadır. Tasarım açıklamasında yaklaşık 7 cm toprak penetrasyonu hedeflenmektedir. Oda toprağa sızdırmaz biçimde oturduktan sonra içeride biriken gaz analizöre dolaştırılmakta ve tekrar odaya döndürülmektedir. Tipik ölçüm aralığı yaklaşık 120 saniye'dir.

Nem ve sıcaklık sensörleri oda ile birlikte toprağa yerleştirilmektedir. Bu değerler temel Rs hesaplamasının doğrudan ana değişkenleri olarak kullanılmasa da ölçüm koşullarının yorumlanabilmesi için zaman ve konum bilgileriyle birlikte kaydedilmektedir.

Burada da kaynak içi küçük bir fark vardır: metin yaklaşık 7 cm toprak penetrasyonundan söz ederken doğrulama deneyinde mekanizmanın toprakla teması yaklaşık −22 cm konumunda başlamakta ve son konum yaklaşık −28 cm olmaktadır. Grafikte görülen mekanizma hareketi yaklaşık 6 cm'dir. Çalışma yaklaşık 1 cm'lik bu farkı ayrıca açıklamamaktadır.

Robot kolunun görevi yalnız numune taşımak mı?

Hayır. Altı serbestlik dereceli UR30 robot kolu, otomatik takım değiştirici ve entegre kuvvet/tork sensörüyle sistemin farklı aşamalarında görev almaktadır. Kol, solunum odasının mekanik bağlantısını kurmakta ve çözmekte, toprak örneğini kaptan almakta, numuneyi sıkıştırmakta ve LIBS analiz konumuna taşımaktadır.

Kuvvet/tork sensörü takım bağlantısında temasın algılanması, doğru hizalamanın doğrulanması ve beklenmeyen temaslarda işlemin durdurulması için kullanılmaktadır. Numunenin LIBS öncesi sıkıştırılması sırasında ise kontrollü temas kuvveti uygulanmaktadır.

Kontrol mimarisi nasıl kurulmuş?

Platformun ana yazılım altyapısı Linux üzerinde çalışan ROS2 Jazzy'dir. Otonom navigasyon için Nav2, manipülatör kontrolünde ros2_control ve hareket görevlerinin koordinasyonunda MoveIt2 tabanlı bileşenler kullanılmaktadır. Araç tekerlek motorlarıyla CAN veri yolu üzerinden haberleşen özel hız kontrol katmanı, tekerlek hızlarını araç doğrusal ve açısal hızlarına dönüştürerek odometri üretmektedir.

Operatör tarafındaki ikinci Linux bilgisayarı grafik kullanıcı arayüzünü çalıştırmaktadır. Robot ile yer istasyonu arasındaki kablosuz iletişim Wi-Fi TCP/IP üzerinden ZeroMQ PUB/SUB modeliyle sağlanmaktadır. Operatör harita üzerinden GPS hedefini ve yapılacak görevi seçebilmekte; robot konumu, görev durumu, sistem günlükleri ve batarya durumu uzaktan izlenebilmektedir.

Otonom çalışma sırasında operatör gerektiğinde görevi durdurabilir ve manuel kontrole geçebilir. Hata durumunda durum makinesi sistemi güvenli bir duruma geçirir ve operatörün görevi devam ettirmesine veya güvenli geri dönüş prosedürü başlatmasına izin verir.

Verianla Live: Otonom toprak ölçüm iş akışı

Bu süreç, çalışmanın yüksek seviyeli kontrol mantığı ve Şekil 14–15'te gösterilen gerçek operasyon sırasına dayanır. SOC ve toprak solunumu aynı anda ölçülmez; gerekli araçlar robot koluyla değiştirilerek görevler sıralı biçimde gerçekleştirilir.

AşamaAçıklamaKaynak
1. Hedef konuma gitPlatform operatörün belirlediği GPS konumuna Nav2 tabanlı otonom navigasyonla ilerler.Bölüm 5.2 ve Şekil 14
2. Yüzeyi temizleÇelik kazıyıcı yaklaşık 3 cm toprağa indirilir ve platform yaklaşık 1 m ilerleyerek bitki artıklarıyla üst yüzeyi uzaklaştırır.Bölüm 4.1; Şekil 7 ve Şekil 15a
3. Toprak solunumunu ölçGörev başlangıcındaki temizlenmiş konumda oda sistemi toprağa yerleştirilir ve CO₂ değişimi ölçülür. Ana görev mantığında bu işlem bir kez gerçekleştirilir.Bölüm 4.3 ve 5.4; Şekil 15c–d
4. 25 noktadan örnekleTemizleme ve burgu ile delme işlemleri eş merkezli örnekleme düzenindeki 25 noktada tekrarlanır.Bölüm 2.1, 4.2 ve 5.4; Şekil 2
5. Toprağı toplaBurgu tarafından çıkarılan malzeme özel toplama kabına aktarılır.Bölüm 4.2
6. Numuneleri homojenleştir25 noktadan alınan toprak birleştirilerek kompozit numune hazırlanır.Bölüm 4.2 ve 5.4
7. LIBS için numune hazırlaRobot kolu metal braketle numuneyi alır, düz yüzeye bastırıp sıkıştırır ve analiz konumuna taşır.Şekil 8 ve Şekil 15e
8. LIBS ölçümünü gerçekleştirSciAps Z-903 element spektrumunu alır. Mevcut çalışmada SOC sonucu henüz tam kalibre edilmiş nicel sonuç değildir.Bölüm 6.2; Şekil 15f ve Şekil 21a
 

Verianla Live: Bu süreç gösterimi çalışmadaki yöntem ve kontrol sırasına dayanır. Görünür tablo bilimsel kaynak-of-truth olarak korunur; etkileşim katmanı yeni yöntem adımı veya ölçüm sonucu üretmez.

Çalışma neyi gösteriyor?

  • Toprak yüzeyi hazırlama, delme, örnek toplama ve cihazlara numune sunma adımlarının tek bir mobil robotik sistem içerisinde otomatikleştirilebildiğini gösteriyor.
  • Dikey yerleştirme mekanizmasının test edilen orta-ağır bünyeli toprakta kazıyıcı, burgu ve solunum odası görevlerini gerçekleştirebildiğini gösteriyor.
  • Robot kolunun hem takım değiştirme hem de toprak örneğini hazırlama görevlerini yerine getirebildiğini gösteriyor.
  • LIBS analizörü ve toprak solunumu sistemiyle otonom veri alma sürecinin başlatılıp tamamlanabildiğini gösteriyor.
  • Otonom navigasyon, manipülasyon, ölçüm cihazları ve yüksek seviyeli görev mantığının bütünleşik bir saha iş akışı içinde çalıştırılabildiğini gösteriyor.

Çalışma neyi göstermiyor?

  • LIBS çıktılarının doğrulanmış ve kalibre edilmiş SOC ölçümü olduğunu göstermiyor.
  • Toprak solunumu değerlerinin laboratuvar veya referans saha yöntemleriyle nicel olarak doğrulandığını göstermiyor.
  • Sistemin bütün toprak türlerinde aynı mekanik performansı göstereceğini kanıtlamıyor.
  • 2 metreden iyi konumlama sonucunun santimetre düzeyinde hassas tarımsal konumlama anlamına geldiğini göstermiyor.
  • 25 noktalı görevin mevcut haliyle hızlı bir ticari tarla tarama sistemi olduğunu göstermiyor.
  • Ham LIBS ekranındaki karbon değerinin doğrudan toprak organik karbon yüzdesi olarak kullanılabileceğini göstermiyor.
  • Geliştirilen sistemin karbon tutulumunu doğrudan ölçtüğünü veya belirli bir tarımsal uygulamanın karbon tutulumunu artırdığını kanıtlamıyor.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Ölçüm zincirinin teknik bileşenleri

Alt sistemKullanılan teknolojiGörev
Mobil platform4WD4WSArazi içinde otonom hareket ve hassas manevra
ManipülatörUR30, 6-DOF, kuvvet/tork sensörüTakım değiştirme, numune taşıma ve sıkıştırma
Navigasyon3B LiDAR, güvenlik LiDAR'ları, RGB-D, GNSS, IMU, odometriKonumlama, engel algılama ve yol planlama
SOC analiziSciAps Z-903 LIBSHazırlanmış toprak numunesinin element analizi
Toprak solunumuLI-COR Smart Chamber + LI-870 CO₂/H₂OKapalı oda içinde CO₂ konsantrasyon değişiminin ölçülmesi
KontrolROS2 Jazzy, Nav2, MoveIt2, ros2_controlNavigasyon, manipülasyon ve görev koordinasyonu
Yer istasyonu iletişimiWi-Fi TCP/IP + ZeroMQ PUB/SUBGörev gönderimi, izleme ve günlük aktarımı

Mekanik penetrasyon doğrulaması

Testler humus birikimli üst horizona sahip, orta-ağır bünyeli toprakta gerçekleştirilmiştir. Dikey mekanizmanın uyguladığı kuvvet doğrudan ölçülemediği için mekanizma konumu ve motor akımı birlikte izlenmiştir. Toprakla temas başladığında motor akımındaki yükselme, penetrasyona karşı artan mekanik direncin göstergesi olarak kullanılmıştır.

İşlemKaynakta tanımlanan hedefDoğrulama gözlemiYorum sınırı
Yüzey kazımaYaklaşık 3 cm toprak penetrasyonuToprak teması mekanizma konumunda yaklaşık −28 cm; son konum yaklaşık −31 cm. Motor akımı penetrasyonda yaklaşık 4 A'ya yükselmiştir.Grafik, mekanizma konumunu gösterir; doğrudan kuvvet ölçümü yapılmamıştır.
Solunum odası bileziğiTasarım açıklamasında yaklaşık 7 cm penetrasyonTemas yaklaşık −22 cm; son mekanizma konumu yaklaşık −28 cm.Grafik yaklaşık 6 cm hareket gösterirken metin yaklaşık 7 cm belirtmektedir.
Burgu ile delme30 cm hedef derinlik5 ve 10 cm'lik kademeli ilerleme uygulanmıştır; Şekil 19 konum eğrisi yaklaşık −25 cm civarında sonlanmaktadır.30 cm hedef ile grafikteki mekanizma konumu arasındaki fark kaynakta açıklanmamıştır.

Görev süresi

Araştırmacılar test edilen koşullarda bir örnekleme çevriminin yaklaşık 15 dakika sürdüğünü ve 25 noktalı SOC örnekleme görevi için yaklaşık 375 dakika hesaplandığını bildirmektedir. Bu tahmin örnekleme noktaları arasındaki navigasyon ile son homojenizasyon ve LIBS aşamasını içermemektedir.

Ancak bu süre hesabında kaynak içi bir belirsizlik bulunmaktadır. Yüksek seviyeli görev tanımında toprak solunumu işleminin yalnızca görevin başlangıcında bir kez gerçekleştirildiği açıkça belirtilirken 15 dakikalık “nokta başına çevrim” tanımına oda yerleştirme ve toprak solunumu ölçümü de dahil edilmektedir. Bu nedenle 375 dakikalık toplam süre, iş akışının kesin optimize edilmiş görev süresi olarak değil çalışmada verilen yaklaşık mühendislik tahmini olarak değerlendirilmelidir.

Araştırmacılar gelecekte örnekleme noktası sayısını azaltarak ve dikey mekanizmanın hızını yükselterek toplam görevi yaklaşık 1 saate indirmeyi hedeflemektedir. Bu değer mevcut sistemin doğrulanmış görev süresi değil, gelecekteki geliştirme hedefidir.

LIBS ve CO₂ ölçümlerinin sonucu

Robot, hazırlanan numuneyi LIBS cihazına başarıyla sunmuş ve cihazdan element bileşimi çıktısı elde etmiştir. Benzer biçimde toprak solunumu odasının toprağa yerleştirilmesinin ardından CO₂ akısı ölçüm döngüsü otonom olarak başlatılıp tamamlanmıştır.

Buna rağmen araştırmacılar her iki ölçüm sisteminin de tam kalibrasyonunun ve laboratuvar referans yöntemleriyle karşılaştırılmasının gelecekte yapılacağını açıkça belirtmektedir. Bu nedenle Şekil 21'deki sonuçlar ölçüm zincirinin çalıştığını gösteren ham çıktılardır; doğrulanmış bilimsel SOC veya Rs değerleri değildir.

Sistemin güçlü yönleri

  • SOC ve Rs için gerekli farklı mekanik ve analitik süreçleri aynı saha robotuna entegre etmesi.
  • Toprak yüzeyi hazırlığından numune analizine kadar geniş bir süreci otomatikleştirmesi.
  • Robot kolunun yalnız takım taşıma değil, numune hazırlama işlemine de dahil edilmesi.
  • Ölçüm verilerinin konum ve zaman bilgisiyle birlikte kaydedilmesi.
  • Modüler ROS2 mimarisiyle navigasyon, manipülasyon ve ölçüm cihazlarının ortak görev mantığında birleştirilmesi.

Temel sınırlılıklar

  • SOC ve toprak solunumu ölçümlerinin nicel doğruluğu henüz referans yöntemlerle doğrulanmamıştır.
  • LIBS numune hazırlama işleminin yoğunluk tutarlılığı ve tekrarlanabilirliği ayrıca doğrulanmamıştır.
  • Saha deneyleri farklı toprak türleri ve çok sayıda çevresel koşulu kapsamamaktadır.
  • Mevcut GNSS tabanlı konumlama santimetre seviyesinde örnekleme tekrar konumlandırması sağlamamaktadır.
  • 25 noktalı iş akışı mevcut haliyle uzun sürmektedir.
  • Penetrasyon kuvveti doğrudan ölçülmemiş, motor akımı ve mekanizma konumu üzerinden değerlendirilmiştir.
  • Kaynakta hedef delme derinliği, solunum bileziği penetrasyonu ve görev süresi anlatımlarında açıklanmamış küçük tutarsızlıklar bulunmaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün çalışma adı: Design and Integration of Autonomous Robotic Platform for In Situ Measurement of Soil Organic Carbon and Soil Respiration

Yazarlar ve sıraları: Josip Spudić; Ana Šelek; Matija Rizvan; Ivan Hrabar; Saša Šteković; Stjepan Flegarić; Boris Đurđević; Irena Jug; Danijel Jug; Nikica Perić; Goran Vasiljević; Zdenko Kovačić.

Sorumlu yazar: Josip Spudić.

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

Kurumlar: Autegra d.o.o., Garešnica, Hırvatistan; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Hırvatistan; Faculty of Agrobiotechnical Sciences, Josip Juraj Strossmayer University of Osijek, Hırvatistan; Faculty of Electrical Engineering and Computing, University of Zagreb, Hırvatistan.

Dergi: Actuators.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Yayın kimliği: Actuators 2026, 15, 233.

DOI: 10.3390/act15050233.

Resmî yayın bağlantısı: https://doi.org/10.3390/act15050233

Yayın süreci: Alındı 6 Mart 2026; revize edildi 4 Nisan 2026; kabul edildi 20 Nisan 2026; yayımlandı 23 Nisan 2026.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Hakemli araştırma makalesi. Çalışmanın temel bilimsel niteliği, fiziksel otonom robotik platformun tasarımı, sistem entegrasyonu ve saha iş akışının deneysel doğrulanmasıdır.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Finansman: “Collaborative Research on an Innovative Concept for In Situ Measurement of Soil Organic Carbon and Soil Respiration Using Autonomous Robotic Platforms (TerraSpiro)” projesi; Avrupa Birliği tarafından Hırvatistan National Recovery and Resilience Plan kapsamında finanse edilmiştir. Proje numarası NPOO.C3.2.R3-I1.04.0077'dir.

Veri erişilebilirliği: Araştırma bulgularını destekleyen verilerin talep üzerine sorumlu yazardan temin edilebileceği belirtilmiştir.

Etik/onam: Çalışmada insan veya hayvan deneyi bulunmadığından Institutional Review Board ve informed consent alanları uygulanabilir değildir.

Çıkar çatışması: Josip Spudić, Ana Šelek, Matija Rizvan, Ivan Hrabar ve Saša Šteković'in Autegra d.o.o. çalışanı olduğu açıklanmıştır. Diğer yazarlar araştırmanın ticari veya finansal çıkar ilişkisi olarak yorumlanabilecek ilişkiler bulunmadan yürütüldüğünü bildirmiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma J.S.; yöntem B.Đ., I.J., D.J., S.Š. ve J.S.; yazılım J.S. ve A.Š.; doğrulama J.S., N.P., A.Š. ve M.R.; biçimsel analiz J.S. ve S.F.; araştırma J.S., I.J., D.J. ve S.Š.; kaynaklar J.S., S.F. ve G.V.; veri kürasyonu J.S.; gözden geçirme ve düzenleme J.S., A.Š., N.P., G.V., Z.K. ve B.Đ.; görselleştirme M.R. ve A.Š.; danışmanlık I.H. ve Z.K.; proje yönetimi I.H. ve Z.K.; finansman temini S.Š. tarafından yürütülmüştür.

Kaynak içi tutarsızlıklar: Solunum odası bileziği için yöntem açıklaması yaklaşık 7 cm penetrasyon belirtirken doğrulama grafiği yaklaşık −22 cm'de başlayan toprak temasından −28 cm son konuma kadar yaklaşık 6 cm mekanizma ilerlemesi göstermektedir. Burgu hedefi 30 cm olarak tanımlanmasına rağmen Şekil 19 konum eğrisi yaklaşık −25 cm civarında sonlanmaktadır; kaynak bunun koordinat ofsetinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını açıklamamaktadır. Ayrıca toprak solunumu yüksek seviyeli görev mantığında yalnız bir kez gerçekleştirilirken yaklaşık 15 dakikalık nokta başına süre hesabına solunum ölçümü dahil edilmiş ve bu değer 25 ile çarpılarak yaklaşık 375 dakika hesaplanmıştır. Bu farklılıklar sessizce düzeltilmemiştir.

Temel bilimsel sınır: Çalışma, geliştirilen robotun bütünleşik ölçüm iş akışını fiziksel saha koşullarında gerçekleştirebildiğini göstermektedir. Bununla birlikte LIBS tabanlı SOC ve oda tabanlı Rs sonuçları henüz tam kalibre edilmemiş ve profesyonel laboratuvar/referans yöntemleriyle nicel olarak doğrulanmamıştır. Bu nedenle çalışma, mevcut aşamada esas olarak bir sistem entegrasyonu ve iş akışı doğrulama çalışması olarak değerlendirilmelidir.

Bu Verianla makalesindeki bilimsel yöntem, teknik özellik, deney sonucu ve sınırlılıklar yalnızca incelenen kaynak çalışmaya dayanmaktadır. Dış kaynaklardan yeni bilimsel bulgu veya performans sonucu eklenmemiştir; dış doğrulama yalnız bibliyografik yayın kimliği için kullanılmıştır.


Paylaş:

Yorumlar incelendikten sonra yayımlanır.Gönderdiğiniz yorum onay sürecine alınır ve uygun bulunduğunda görünür hâle gelir.

Bir yorum bırakın

E-posta adresiniz yayınlanmayacaktır. Gerekli alanlar * ile işaretlenmiştir

Your experience on this site will be improved by allowing cookies Cookie Policy