Bitki ve Hayvanlar Robotik Teknolojisine Nasıl İlham Veriyor?
“GrowBot,” birden fazla bilimsel disiplinin bitkiler gibi tırmanarak büyüyen robotlar üzerinde çalıştığı bir proje. Biyomekanik uzmanlarının, kimyagerler ve mühendisler ile bir araya geldikleri ilk çalışma değil ama. Zira, robotik bilimi, biyolojik araştırmalardan epeydir yararlanıyor. Aslına bakarsanız, teknoloji öykündüğü doğayı kimi alanlarda çoktan geride bıraktı bile. Nasıl mı? Haydi, kulak verelim!
Bilenler bilir, bugüne değin çekilen Tarzan filmlerinde gerçekle örtüşmeyen bir şey vardır. Bir insanın “Ormanlar Kralı” bile olsa, ağaçlardan sarkan sarmaşıklara tutunarak salınması ve ormanda bu şekilde yol alması mümkün değildir. Bu gerçeğin altını özellikle çizme ihtiyacı duyan isimlerden biri de, fonksiyonel morfoloji ve biyobenzetim uzmanı Thomas Speck. Botanik profesörü olan Speck’e göre, böyle bir şey ancak havai kökleriyle gövdeye yapışarak tırmanan, sarılıcı ve tırmanıcı türler söz konusu ise mümkün olabilir. Almanya’daki Freiburg Üniversitesi‘nin Botanik Bahçesi Direktörlüğünü yürüten Speck ile Skype üzerinden yaptığımız görüşmede, doğadaki canlıların, bitkiler ve hayvanların teknolojiye, özellikle de robotik teknolojisine nasıl ilham kaynağı olduklarını gösteren bilimsel çalışmaları konuştuk.
Biyonik alanında Almanya’nın önde gelen bilim insanlarından biri kabul edilen Speck, daha ziyade bitki biyobenzetimi üzerine yaptığı araştırmalarla biliniyor. Speck’in yer aldığı son projelerden biri, sarılıcı ve tırmanıcı bitkilerin tutunma mekanizmalarından esinlenerek, tırmanabilen robotlar üretmeyi hedefliyor. AB tarafından finanse edilen proje, ilhamını geliştirdikleri havai köklerle ağaç gövdesine yapışarak tırmanan ve yüzey boyunca büyüyerek ilerleyen sarmaşıklardan alıyor. Proje ile bu sarmaşıkları taklit eden minyatür 3B yazıcılar üretilecek. Farklı disiplinlerden ve çeşitli ülkelerden projeye dahil olan araştırmacılar, Speck ile birlikte “GrowBot” adı verilen bu yeni kuşak robotları geliştirmek için çalışıyorlar. Projede yer alan isimlerden biri de, Mikrobiyolojik Robotlar Merkezi Yöneticisi Barbara Mazzolai. İtalya’nın Pisa kentindeki Istituto Italiano di Tecnologia’da (IIT) proje koordinatörü olarak görev yapan Mazzolai, daha önce de benzeri bir takım robotik projelerinde yer almış.
Tırmanan 3B Yazıcılar
Bu heyecan verici proje hakkında bize ayrıntılı bilgiler veren Thomas Speck, robotlardan birinin, yüzeye tutunabilmek için bir tür sürgün püskürtecek şekilde tasarlandığını belirtiyor Speck ve ekibi, Helmholtz Zentrum Geesthacht‘ta Biyomalzeme Bilimleri Enstitüsü Yöneticisi olarak görev yapan polimer kimyası uzmanı Andreas Lendlein ile birlikte, çıktı olarak püskürttüğü polimer iplikler sayesinde bağımsız olarak hareket edebilen 3B yazıcılar geliştiriyor. Buradaki amaç, ipliklerin bir nesneye tutunduktan sonra yaptığı büzülme hareketiyle robotu hareket ettirmesi. Speck, “Daha önce geliştirilen robotlar, uzun nesneler arasında geçiş yapmak istedikleri vakit, genellikle zemine yönelerek buradan ilerleme ihtiyacı duyuyorlardı. Tabii bu istemediğimiz bir şeydi,” diyor. Speck ve Lendlein, araştırmaya Fransa’nın güneyindeki Montpellier şehrinden dahil olan botanikçi Nicholas Rowe ile birlikte, söz konusu polimer ipliklerin ışık, nem ve ısı gibi çevresel faktörler yoluyla nasıl kontrol edilebileceğini araştırıyorlar.
Speck, GrowBot’ların ilk aşamada birer hizmet sunucusu olarak görev yapmaktan ziyade, bir takım kontrol görevlerini gerçekleştirmelerinin daha uygun olacağı düşüncesinde. Kamera ve sensörlerle donatılan GrowBot’lar, New York gibi şehirlerde, örneğin evler arasındaki taşıyıcı direklere tırmanarak elektrik hatlarının kontrolünde kullanılabilir. Ayrıca, arkeolojik kazılarda ve arama/kurtarma çalışmalarında kullanılmaları da ihtimal dahilinde. Speck, on küçük ısı sensörüne sahip GrowBot’ları, insanların çıkamayacağı ölçüde tehlikeli yerlere gönderebileceğimizi ve civarda kurtarılmayı bekleyen bir kazazede olup olmadığını bu şekilde öğrenebileceğimizi belirtiyor.
2012 yılında, Mazzolai yönetiminde gerçekleştirilen başka bir projede benzer bir yaklaşım benimsendiğini hatırlamakta yarar var. Mazzolai ve ekibi, o tarihte, toprağa bitkiler gibi kök salan ve minyatür bir rokete benzeyen Plantoid adını verdikleri bir robot geliştirdi. O zaman da araştırmacılar, toprağın kimyasal bileşimini, asitlik derecesini ve nemini ölçmede 3B yazıcılardan yararlanarak yapay köklere sensörler taktılar.
İlhamını bitkilerin büyüme biçiminden alan, esnek bir endüstriyel robot üretme fikri, ABD’nin önde gelen akademik araştırma merkezlerinden Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) de kendisine bir uygulama sahası buldu. Amerikalı mühendisler, MIT’de zincirleri sıradan bir bisikletin zincirlerinden çok da farklı olmayan bir şanzıman tasarladılar. Tek fark, MIT’deki hedefin önce o komşu zincir halkalarının birbirine bağlanması, sonra zincirin farklı noktalarındaki halkaların bu kez gruplar halinde ve belirli açılarla yeniden birbirine geçmesi; böylelikle belirli yükleri kaldırabilecek sert bir eklenti oluşturması idi. Böylece farklı fonksiyonları yerine getirebilmek için farklı doğrultularda uzantı geliştirerek büyüyen, esnek bir robot üretmek mümkün olabildi.
Yapay ve Doğalın Sarmalanması
Speck, “Bitkilerin hareketleri, farkına varmadığımız zaman aralıklarına yayıldığı için, biz onların sabit kaldığı yanılgısına düşeriz,” diyor. “Oysa time-lapse (hızlandırılmış çekim) tekniğinin kullanıldığı fotoğraflar sayesinde bu hareketi çok hassas bir şekilde gözlemlemek mümkün. Bir hareketin varlığını ancak ondan sonra anlayabilirsiniz.” Görüşmemiz sırasında, bizim günlük hayatta önemini çok da sorgulama ihtiyacı duymadığımız bir şeyin Speck’i ne denli heyecanlandırdığını görmek hiç de zor olmuyor.
Speck, doğadaki olayların bağlantısını yeterince kurmadığımız için, ona dair yanlış algılara sahip olabildiğimize inanıyor. İnsanların doğaya dair algılarını çoğu kez, abartılı sembollerin kullanıldığı peri peri masallarına ve Disney filmlerine bakarak oluşturduklarını söylüyor. Aslında şehirlerde doğayı duyumsayabilmemiz için, parklar, botanik bahçeleri yapılıyor; bakımı için de ciddi emek sarf ediliyor. Gerçi, bunlar yapay. Ama ne fark eder! Her durumda verdiği hissin ötesine geçip orada olanı derinden duyumsamamız mümkün olmuyor. Neyse ki Speck gibi biyonik uzmanları, sürekli yapay ve doğal olanın bir arada varoluşuyla ilgileniyor. Canlı organizmalar üzerinde araştırmalar yaparak teknolojiye katkı sağlamaya çalışıyor. Analizler yapıldıktan, birinin diğerine nasıl uyarlanabileceğine dair yaklaşımlar ortaya konduktan sonra, teknoloji başlangıçta öykündüğü doğanın genellikle çok ötesine geçebiliyor. Teknoloji (robotik dahil) doğaya bakıp onun kanunlardan yararlanarak yeni varlık formları geliştirebiliyor.
Bu fırsatçılık, hayvanlar temel alınarak yapılan robotların belirgin bir özelliği. Almanya’daki Köln Üniversitesi‘nden zoolog Tom Weihmann, “İnsanlar genellikle biyobenzetim çalışmaları yürütüyormuş gibi yaparlar ama aslında durum farklıdır” diyor. Weihmann’ın bununla söylemek istediği şey aslında şu: Mühendisler biyolojik tasarımlardan ilham alabilecek olsalar da; en nihayetinde kendi istedikleri şeyleri, kendi istedikleri şekilde inşa ediyorlar. Yine de son yıllarda çok sayıda robot inşa edildiğini görüyoruz. Bunların bazılarının biyolojik araştırmalardan elde edilen bulgulara dayanarak üretilmiş olması elbette son derece sevindirici.
Sürünebilen, emekleyebilen, uçabilen, koşabilen veya yüzebilen herhangi bir şeyi model alarak geliştirilen robotlar, daha sonra en zorlu çevre koşullarına uygun şekilde programlanıp eğitiliyor. Robotların, +40 ve -40 derece santigratların üzerindeki sıcaklıklara ve hayvanların yaşamasının mümkün olmadığı koşullara dayanabilmesi arzulanıyor. Örneğin, Mars gezegenine yönelik çeşitli araştırmalar içinde olan NASA’nın Mars’a gönderdiği dört ayaklı uzay aracı bu temelde inşa edildi. Söz konusu araç, yapay zekâ ve bulut bilişimden yararlanan bir yöntem olan üretken tasarıma başvurarak tasarlandı. Bu süreçte, kısmen doğadan esinlenerek, kaynaklardan tasarruf elde edeceğimiz ve olabildiğince asgari malzeme kullanılarak, organik yapılara sahip formlar üretildi.
Bu formlar arasında, yusufçuk benzeri insansız hava araçları, yarı otonom yarasalar, hidrolik kumandalı, refleks algoritmalı, dört ayaklı robotlar, silikon vantuzlu kollar, polimer esaslı kırkayaklar ve mafsallı, taklacı örümcekler de mevcut. Tom Weihmann’ın özellikle küçük sürüngenlere karşı bir ilgisi var. Alman zoolog, eklembacaklıların hareket kabiliyeti ve dinamiği konusunda uzman. İki yıl önce, robotların enerjiden tasarruf ederek çalışmalarını mümkün kılan hareket mekanizmalarını geliştirmeyi hedefleyen bir çalışma yayımladı. Bu çalışmada Weihmann, eklembacaklıların sahip oldukları bacak çiftinin, koşu dinamiği ve dolayısıyla enerji verimliliği üzerinde anlamlı bir etkisi olduğunu kanıtladı.
Weihmann deneylerinde hamamböceklerinden faydalandı. Bu böcekler, yavaş hareket eden canlılardan farklı olarak, hızlanmaları gerektiğinde altı bacaklarını eşzamanlı olarak kullanmıyorlar. Weihmann, “Hamamböcekleri hızla hareket ettiklerinde, her bir bacak diğerlerinden farklı bir zamanda güç üretme yoluna gider,” diyor. Bu durum, hızlı hareket ettiklerinde daha az enerji harcamalarını mümkün kılan bir denge ve koordinasyon sağlıyor. Weihmann, dört ayaklı ve iki ayaklı robotların hala doğadaki muadillerine oranla daha fazla enerji harcadıklarını söylüyor. Yine de, hayvanların yüz milyonlarca yılda evrimleşerek kazandığı mekanizmaları bizlere gösteren biyolojinin, bu farkı giderek kapatan çalışmalara verdiği katkı son derece önemli.
Biyoloji sayesinde yapay adaptasyon en nihayet doğadaki adaptasyonun seviyesini yakalayabiliyor. Zaten insanların kolayca ulaşamayacağı yerlere erişmek ve karma yetenekler gerektiren alanlarda hizmet vermek istiyorsanız öyle de olmak durumunda. Thomas Speck’e bakılırsa, canlı ve cansız sistemler arasındaki sınır yavaş yavaş ortadan kalkıyor. Biyonik teknolojiler alanında çalışan bir bilim insanı olarak onun zihnini meşgul eden iki temel soru var: “Ne kadar ileri gidebiliriz?” ve “Ne kadar ileri gitmeliyiz?”