Birçok mühendis gibi Sarah Downs da STEM kariyerine küçük yaşta karar verdiğini söylüyor. Gençliğinde, Oklahoma'nın Tulsa kentindeki ortaokulunun First Lego League takımı sayesinde robotikle tanıştı ve bu alana âşık oldu. Downs, 2014-2016 yılları arasında bu uluslararası robotik programına katıldı.
PBS'de NASA'nın Mars keşif araçları Spirit ve Opportunity ile ilgili özel programları izlemek ve 2011'de Curiosity aracının fırlatılışını canlı yayında görmek, onu NASA'da çalışma hayali kurmaya yöneltti.
Sarah Downs
Üyelik Derecesi: Yüksek lisans öğrenci üyesi
Üniversite: College Station'daki Texas A&M Üniversitesi
Bölüm: Elektrik mühendisliği
Bu yıl IEEE yüksek lisans öğrenci üyesi olan Downs bu hayalini gerçekleştirdi. Tulsa Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği yüksek lisansı yaparken son projesi kapsamında NASA ve ABD Hava Kuvvetleri ile iş birliği içinde bir algoritma geliştirdi.
Geliştirdiği algoritma, uzayda uydu montajı yapan bir robotun anteni doğru yuvasına yerleştirmesini sağlıyor. Bu, robotiğin klasik 'çivi-delik' sorununa (bir cismi karşılık gelen deliğine sokma) bir çözüm getiriyor.
Şu anda College Station'daki Texas A&M Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği doktorası yapan Downs, uydu montajı ve manipülasyonu üzerine araştırmalarına 'çok daha büyük ölçekte' devam ettiğini söylüyor.
Çocukluk Tutkusunun Peşinde
Downs, Tulsa bölgesinde büyüdü. 2015 yılında, kendisi 13 yaşındayken kalp krizinden hayatını kaybeden babası, petrol ve gaz sektöründe güvenlik danışmanıydı. Annesi ise otizmli kardeşine bakmak için evde kalıyordu. Babasının ölümünden sonra annesi, ailesini geçindirebilmek için üniversiteye dönüp işletme alanında lisans derecesi aldı.
Downs, 'Fazla gelirimiz yoktu ve annem sürekli para konusunda endişelenirdi. Bu da beni maddi anlamda başarılı bir kariyere sahip olma konusunda daha bilinçli hale getirdi' diyor.
O andan itibaren, gelecekteki kariyerini düşündüğünde ailesini geçindirecek iyi bir maaş almak en önemli önceliklerinden biri oldu.
Robotik alanında kariyer yaparak hem tutkusunu takip edebileceğini hem de maddi güvence elde edebileceğini söylüyor.
Lisede First robotik kulübüne katılan Downs, sınıf arkadaşlarıyla birlikte inşa ettikleri makinelerde kullanılan elektrikli bileşenlere ilgi duyduğunu fark etti.
Lisenin son iki yılında, bir meslek okulu olan Tulsa Tech'teki bir uzantı programına katıldı. Günün yarısını lise derslerinde, diğer yarısını da meslek okulunda mühendislik dersleri alarak geçirdi.
2020'de mezun olduktan sonra Tulsa Üniversitesi'ne gitmek için burs kazandı. Üniversitedeki birinci sınıfına elektrik mi yoksa makine mühendisliği mi okumak istediğini bilmeden başladığını, ancak küçük sistemlerle çalışma sevgisinin elektrik mühendisliğini seçmesine yardımcı olduğunu söylüyor.
Son sınıf bitirme projesi kapsamında iki sınıf arkadaşıyla birlikte Tulsa Hava ve Uzay Müzesi için bir ay aracı sergisi tasarladı. Ay, Venüs, Mars ve Titan olmak üzere dört gök cisminin listelendiği üç bilgisayar monitöründe, müze ziyaretçileri bir oyun kumandası kullanarak her birinin sanal yüzeyini keşfedebiliyor. Bu etkileşimli oyun, ay ve Mars yüzeylerindeki görevleri simüle ediyor. Sergi halen ziyarete açık.
Downs, 2024'te elektrik mühendisliği lisans derecesini aldı ve üniversitenin elektrik mühendisliği yüksek lisans programında eğitimine devam etti.
İnsanların Düşündüğünden Hem Daha Karmaşık Hem Daha Basit
Downs yüksek lisansına başladığında, iki yıl boyunca bir NASA robotik projesinde yer alması planlanıyordu. Ancak hükümet finansmanındaki gecikme projenin başlamasını ertelediği için ilk yılını okulun yeni kurulan Robotik ve Özerklik Enstitüsü'nde geçirdi. Enstitünün ana odak noktası, hareket kısıtlılığı olan kişilere yardımcı olacak robotlar geliştirmekti.
Şiddetli artrit nedeniyle tekerlekli sandalyeye bağımlı olan büyükannesinden ilham alan Downs, yaşlıların ve tekerlekli sandalye kullanıcılarının bağımsız yaşamasına yardımcı olan bir robot kol geliştirdi. Kol, nesneleri tanıyıp evin içinde uygun yerlere yerleştirebiliyordu; örneğin bir alışveriş poşetinden bazı yiyecekleri çıkarıp rafa veya ayrı kaplara koymak gibi.
2025'teki ikinci sınıfının başında NASA projesi nihayet hükümet finansmanını aldı. Downs, herhangi bir görüntü sistemi kullanmadan çivi-delik görevini gerçekleştiren bir robot geliştirdi. Normalde kameralar robotların uydu montaj çalışmalarına rehberlik eder. Ancak uzayın zorlu ve uzak ortamında kameralar arızalanabilir veya gecikmeler yaşayabilir.
'Soru sormaktan vazgeçmeyin. Özellikle mühendislikte, her şeyi bildiğinizi iddia etmeyin, çünkü bilim sürekli öğrenmek ve dinlemekle ilgilidir.'
Downs'un robot kolu, kamera kullanmak yerine, kolun ortamındaki nesnelerin konumunu ve yönünü algılamak için kuvvet tabanlı bir yerleştirme süreci kullanıyor. Robot anteni gevşekçe kavrıyor ve tutucu üzerindeki bir tork sensörü sayesinde uydu ile antenin birbirine göre nerede olduğuna dair kuvvet geri bildirimini 'hissediyor'. Robot daha sonra anten düzeneğini uydudaki hedef açıklığa yönlendiriyor ve yapışma sırasında konumu koruyor.
Karmaşıklığı artıran bir diğer faktör ise robotun görevini sıfır yerçekiminde gerçekleştirmesi.
Downs, 'Yerçekimi olmayınca, kolun uydu üzerindeki tepki torklarını da hesaba katmak zorundasınız, aksi takdirde uyduyu uzaya fırlatabilirsiniz' diyor. Yerleştirme işlemi sırasında koldan gelen herhangi bir hareket, özellikle artan kuvvetler nedeniyle, uydunun o yönde hareket etmeye devam etmesine neden olabilir.
Bununla başa çıkmak için Downs, robotun hareketlerinin kuvvetine karşı koymak üzere hedefli ters itmeleri yönlendirecek hesaplamalar yapıyor.
Yüksek lisans projesinin, robotiğin büyüleyici bulduğu basit ama karmaşık doğasını yakaladığını söylüyor.
'Bence robotlar insanların düşündüğünden hem daha karmaşık hem de daha basit. Gerçekten de bir robotu programlamaya başlamak için ihtiyacınız olan tek şey Denavit-Hartenberg parametreleridir ve bununla çok şey yapabilirsiniz' diyor ve robot kol ile manipülatörlerin konumunu ve yönünü tanımlamak için kullanılan dört değere atıfta bulunuyor. Farklı tutucular ve serbestlik dereceleri olsa bile 'temelde tüm robot manipülatörleri oradan başlar' diye ekliyor.
'Ancak robotların çevreleriyle nasıl etkileşime girdiği hakkında hâlâ çok şey öğreniyoruz. Bizim için bir kalemi manipüle etmek gibi basit bir şey bile robotlar için inanılmaz derecede karmaşık' diyor.
Downs, doktora tezini Texas A&M'in Robotik ve Otomasyon Tasarımı (RAD) Laboratuvarı'ndaki Robotik Uzay Simülatörü projesinde tamamlıyor. Bu laboratuvar, aşırı ortamlarda hayatta kalabilen makineler geliştirme konusunda uzmanlaşmış ve NASA ile iş birliği yapıyor.
Tez danışmanı, 2022'de RAD Laboratuvarı'nı kuran NASA emektarı Robert Ambrose. IEEE üyesi olan Ambrose, bu yıl Houston'da açılması planlanan okulun Uzay Enstitüsü'nün müdür yardımcısı olarak görev yapacak. Araştırma tesisi, Johnson Uzay Merkezi'nin yanına inşa ediliyor.
Downs, doktorasını aldıktan sonra bir gün NASA'da çalışarak Mars'tan örnek toplayan keşif araçları veya uzay istasyonlarında görev yapan robot kollar geliştirmeyi umduğunu söylüyor.
Robotlar hakkında daha fazla bilgi edinmek için IEEE Spectrum'un rehberine göz atabilirsiniz.
Mühendislik Balonundan Çıkmak
Downs, 2020 yılında Tulsa Üniversitesi'nde birinci sınıf öğrencisiyken kampüsteki elektrik mühendisliği etkinliklerine daha fazla katılmak için IEEE'ye üye oldu. O dönemde COVID-19 salgını kulüplerin ve organizasyonların yüz yüze toplanmasını engelliyordu.
Okulunun IEEE öğrenci kolunda aktif olarak görev aldı ve 2022-2024 dönemi için başkan seçildi. Liderliği altında öğrenci kolu, birkaç etkinlik düzenlemekten iki haftada bir etkinlik düzenlemeye geçti.
