Algılarımızın Dışındaki Dünya

Giderek boyutları küçülen ve yetenekleri artan komponenlerin beyin ile etkişelime girebilecek seviyeye gelmesi hayal gibi görünmüyor. Özellikle insan vücudunu yapısal veya fonksiyonel olarak araştıran ve taklit etme amaçlı yapılan çalışmalara gereken önem verilir ve yeni yetişen beyinleri bu alanlara yönlendirirsek, insan için imkansız olan ya da geri dönüşü olmadığı düşünülen kusurların giderilmesinin nasıl mümkün olduğunu ilk elden görebiliriz.

Kulaklarımızla görmek ya da bakarak bir cismin sıcaklığını algılamak mümkün müdür? Acaba tek gözümüz olsaydı dünya nasıl görünürdü? Dünya bizim algıladığımız gibi mi yoksa arka planda bambaşka bir dünya mı var? Hepimiz merak ederiz. 1999 yılında “The Matrix” filmi sadece gişe başarısı göstermedi, bir felsefe haline gelen, üzerine onlarca kitap yazılan, filmler, belgeseller çekilen dünya, algıladığımız gibi bir yer mi, yoksa, algılarımız bize “burası dünya” mı diyor? sorusunu, izleyen herkesin beynine yerleştirdi. Acı herkes için aynı duyguları mı hissettiriyor? Ya da kırmızı renk aynı mı görünüyor? Tabi ki burada ilgilendiğimiz şey işin felsefi kısmı değil. Merak ettiğimiz şey fiziksel varlıklar (sıcaklık, ışık, ses, hız vs.) nasıl algılanıyor? Bu sorunun cevabını biliyorsak hemen şu soru akla geliyor: “Acaba herkes aynı şeyleri mi hissediyor?” İnsanı taklit eden makinelerin, tıpkı insan gibi, algıladığımız şeylere tepki verebilmesi için onun duyularını da taklit etmesi gerek. Bu mümkün mü? Ve son soru: “Duyulara müdahele edebilir miyiz? Matrix bunun olabileceğini söylüyor…

Evlerimizde, otomobillerimizde, okullarımızda, hastahanelerde, sokaklarda, uzay gemilerinde kısacası her yerde mühendislik harikası sistemler, üzerine kuruldukları ana sistemlerin, doğruluğunu ve kararlılığını, olağan veya sıradışı durumlara karşı var olan organları ile tepki vererek sistemin devamlılığını, yönetilebilmesini, açılıp kapatılabilmesini sağlamaktadırlar. Örneğin ısıtma sistemleri. Kombiler katı, sıvı ya da gaz yakıtları içerisinde yakarak suyu ısıtır, ısınan suyu kalorifer tesisatında devirdaim yaptırarak ısıyı bütün odalara/katlara dağıtırlar. Amaç en az yakıt harcayarak ortam sıcaklığını istenen seviyede tutmaktır. Bunun için sıcaklık algılayan sensörler kullanılır.

robotik1Sensörler birçok farklı yöntemle algılama yaparlar. Örneğin direnç tabanlı sensörler. Direnç elektroniğin temel malzemelerinden biridir. Basitçe, direncin değerini değiştirerek üzerinden geçen akımı ayarlamış oluruz. Bu şekilde sıcaklık ile değeri doğrudan değişen özel dirençlerin üzerinden akan akımı ölçersek bu bilgi bize ortamın sıcaklığına dair bilgi verir. Sıcaklık için bir başka yol da termal görüntüleme olabilir. Bütün maddeler -273 derece sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda, kızılötesi dalga boyunda ışıma yaparlar. Bu, kara madde ışınımı olarak adlandırılan elektromanyetik dalga yayımıdır. Eğer cisimlere termal kamera altında bakarsanız maviden kırmızıya renklendirilmiş olarak cismin üzerindeki sıcaklık dağılımını görebilir ve ölçebilirsiniz. Daha farklı bir açıdan bakacak olursak termal görüntüleme ya da diğer bir adıyla infrared görüntüleme, görüntü işleme mühendisleri için ilgilendikleri cisimlerin, normal kamera görüntüsüyle (görünür ışık tayfı) algılanamayan detaylarını görmelerini ve anlamlı veri çıkarmalarını sağlar. Mesela insan vücudunu algılamak istiyorsanız görünür ışık ile çalışmak çok büyük zorluklar doğurur. Her insanın iki kolu, iki bacağı, kafası vardır. Bu organların kenarlarını çizebilirseniz elinizde anlamlı bir veri oluşur ve insan vücudunun el, ayak, kafa gibi hareketli noktalarını belirler ve insansı bir robotun sizi tanımasını, hareketlerinizi taklit etmesini yada komut almasını sağlarsınız. Ancak buradaki sorun şu; herkes aynı kıyafeti giymez. Renkleri farklıdır desenleri farklıdır, kimi etek giymiştir kimi pantolon, kiminin üzerinde palto vardır. Bu durumda devreye infrared kamera girer. Dokularımızın yaydığı infrared ışımayı algılayıp görüntüye çevirirsek kıyafetinizin şekli ve rengi hiçbir şey ifade etmez. Görüntüde sadece body yani vücut şekli kalır. Aradığımız veriyi tam olarak elde etmiş oluruz.

Görme üzerine devam edelim. Görme optik ve elektriksel bir süreçtir. Gözmerceği ışığı, ışığa duyarlı hücrelerin bulunduğu sarı benek olarak adlandırılan bölgeye odaklar ve düşürür (optik). Sarı benek üzerinde, basitçe, kontrastı ve rengi algılayan hücreler bulunur diyebiliriz. Bu hücreler ışıkla etkileşime girerek oluşturdukları veriyi sinir hücreleri aracılığıyla beyne iletir (elektriksel). Beyin de bu veriyi işleyerek görüntüyü tekrar oluşturur ve işler. Bu süreç fotoğraf makinelerimiz ve kameralı telefonlarımız gibi elektronik cihazlar tarafından birebir taklit edilir. CCD ve CMOS adlı farklı altyapı ve teknolojilerle üretilen sensörler, üzerine düşen ışığı mikro boyutta milyonlarca parçaya (pixel) bölerek görüntü oluşturur. Her bir parça kırmızı, mavi ve yeşil renklerin ya da gri tonlama olarak adlandırılan tek bir rengin bilgisini taşır. Görüntü işleme mühendisleri de bu görüntüyü kameralardan alarak piksellerin (pixel) değerleri ve bulundukları yerleri ile ilgilenen algoritmalar geliştirerek, insan görüşünü taklit eden yazılımlar üretirler. Bu yazılımlar insansı robotların çevre etkileşiminde en önemli noktayı oluşturur. Üç boyutlu mekanda nerede durduğunu, karşısındaki cismi/kişiyi algılamasını ve tanımasını, engelleri, kapıları ve diğer bir çok şeyi tespit etmesini sağlar.

İlgilendiğiniz görüntüde renk bilgisi aramıyor ve gerek duymuyorsanız görmenin bambaşka, ilginç bir yolu daha vardır: ses. Kulaklarımızla görmekten bahsederken bu kadar ciddi olduğumu düşünmemişinizdir. Ancak bu yöntem askeri-sivil pek çok alanda kullanılmaktadır. Örneğin askeri alanda, denizaltı radarı diyebileceğimiz SONAR (Sound Navigation and Ranging) olarak adlandırılan gözetleme ve ölçme sistemi bu prensiple çalışır. Temelde oldukça basittir. Bir ses kaynağı, diğer gürültü oluşturacak seslerden korunacak şekilde, görüş alanı boyunca, belirli bir frekansta ses sinyali gönderir ve bu sinyalin bir engele çarpıp yansıyarak geri dönmesini bekler. Ses dalgaları yayıldıkları ortama bağlı olarak sabit bir hızla ilerler ve uğradığı çok küçük hız kayıpları ölçülebilir. Bu sayede sesin kaynaktan ayrıldığı andan geri yansıdığı ana kadar geçen zaman hesaplanır ve yansımaya sebep olan cismin uzaklığı tespit edilir. Ses alıcıları çok sayıda ve uygun dizilimde yerleştirilirse kamera görseline benzer, cisimlerin yaklaşık boyutlarını da içeren bir veri yığını oluşturulabilir. Bu şekilde “engel algılama” olarak adlandırılan görüntüleme sistemleri, profesyonel veya amatör pek çok robotik sistemde uygulanmaktadır. Endüstiyel üretim sistemlerinde, yürüyen bant üzerinde cisimlerin sayılmasında ya da yine yürüyen bant üzerinde, örneğin otomobil fabrikasında, parçaların üzerindeki deliklere vidalarının sıkılması için konumlandırılmasında, alışveriş merkezlerindeki lavabolarda, elinizi uzatınca çalışan otomatik vanaların pek çoğunda bu sistem kullanılır. Amatör olarak, mühendislik öğrencilerinin ilgiyle takip ettikleri sumo robot turnuvalarında yarışan robotlarda, rakibi algılamak için yine bu sensörler kullanılır.

Ses ile gören sadece bizim yaptığımız makineler değildir. Aslında bizi bu tasarımlara sevkeden yine doğanın kendisidir. Gözleri olmayan ve geceleri yaşayan yarasalar mükemmel bir sonara sahiptir. Çok hızlı hareket eden bu canlılar ses dalgaları ile engelleri algılar, yönlerini bulurlar. Diğer bir canlı da yunus balıklarıdır. Su altında sonar mantığı ile haberleşirler. Yani birbirleri ile konuşurken sonarı kullanırlar.

Ses ile haberleşme mümkün olduğu gibi, ses dalgalarının kolay bozulmaya uğramasından dolayı mühendisler ışık ile haberleşmeyi tercih ederler. Işık hem doğrusal yayıldığı için çok az bozulmaya uğrar hem de çok hızlı olduğu için daha fazla veri aktarımına olanak tanır. Örneğin televizyon kumandaları. Hemen hemen herkes cep telefonlarının kamerası ile uzaktan kumandanın vericisine bakmıştır. Kızıl-mor renklere benzeyen bir ışık yayar düğmesine basınca. İnsan gözünün algı aralığının dışında olan bu ışık infrared (IR) dalga boyundadır. IR dalgalarının bu kadar yaygın olmasının sebebi yaşam alanımızdaki görünür ışığın parazit üreterek bu sistemleri çalışmaz hale getirmesidir. Ayrıca IR sinyalleri düşük güç tüketimi ile üretilebilir.Kumandanın düğmesine basınca bizim fark edemeyeceğimiz bir hızda 0101010101 mantığında bir protokol ile kumandadan televizyona yapması gereken iş ile ilgili bir komut gider. Televizyon üzerinde de bu frekanstaki ışığı algılayan bir sensör vardır. Işığı filtreler ve elektrik sinyaline dönüştürür. Bu sinyal de arkaplandaki mikrodenetleyiciye gider ve komut gerçekleştirilir.

Mühendislik bilimi fiziksel olarak ölçülebilen hemen her tür bilgi için sayısallaştırma yöntemi geliştirmiştir. Bunların hepsini anlatmak ayrı bir kitap konusu olacaktır. Ancak enteresan bir sensör olan ivme ölçer sensörlerden de bahsetmek istiyorum. Belirli miktar kütleye sahip bir cisme kuvvet uygularsanız, kuvvetle aynı doğrultuda kütle miktarıyla orantılı bir ivme oluşur. Bu pek çoğumuzun bildiği F = m*a denkleminin ifadesidir. Duran bir tramvayda ayakta beklediğinizi düşünün. Birden hareket etse ne olur? Arkaya doğru savrulursunuz. Bu savrulmaya kabaca eylemsizlik denir diyebiliriz. Yani harekete ters yönde bir kuvvet oluşur. İvme sensörleri de tam olarak bu prensipte çalışır. Nano boyutlarda bir kütle hayal edin. Dört kenarı özel bir malzemeyle kaplı bir odanın ortasında. Bu özel malzeme, üzerine baskı uygulayınca baskının şiddetiyle artan bir elektrik sinyali üretir (piezoelektrik). Eğer bu nano odayı hareket ettirirseniz, ortadaki kütle hareket yönünün tersine doğru, özel duvarlara, hareketin hızına bağlı olarak artan bir baskı uygular. Bu baskı ile oluşan sinyal de bize kuvvetin büyüklüğünü verir. F=m*a denklemi gereği bu kuvveti ortadaki nano kütlenin büyüklüğüne (m) bölersek geriye ivme (a) kalır. Bu sayede bir cismin hızlanmasını, yavaşlamasını, hızını ve bazı özel uygulamalar ile konumunu ölçebiliriz. Ya da daha önemlisi insansı bir robotun denge merkezini tasarlayıp onun dengesini sağlayarak yürümesini, koşmasını, merdiven çıkmasını, yokuş inmesini sağlayabiliriz.

Hareketi algılamak için ışığıda kullanabiliriz. Enkoder (encoder) denen mekanik cihazlar dönen bir mekanizmanın hareketi ile tahrik edilirse, çıkışında bir pals (pulse) üretir. Bir ışık kaynağı, hemen karşısına yerleştirilmiş bir ışık algılayıcı sensör ve bu ikisinin arasından geçen üzerinde delikler bulunan bir diskten oluşur. Işık kaynağı sürekli çalışır. Eğer ortadaki diskin bağlı olduğu mil döndürülürse delikli noktalarda ışık sensöre gider ve sinyal oluşturur (1). deliksiz yerde ise sinyal oluşmaz (0). Bu şekilde 1010101010 formatında oluşan kare dalganın frekansı ölçülerek enkoderin dönüş hızı yani enkoderi döndüren sistemin dönüş hızı ölçülmüş olur. Eğer frekanstaki değişimler ölçülürse bu bilgi bize ivmeyi, toplam pals sayısı ölçülürse bu da (doğrusal bir zeminde) konum bilgisini (ya da yer değişimini) verir.

Gördüğünüz gibi yaşadığımız dünyada, algı yöntemimiz ve veri türümüz bambaşka olduğu halde her biri için özel yorum yöntemleri geliştirip aynı sonuca ulaşabiliyoruz. Gerçek bir değer, önceden belirlenmiş minimum ve maksimum sınırlar dahilinde, algılanabilecek en küçük parçalarının bir araya getirilmesiyle (toplanmasıyla) elektriksel formata dönüştürülür. İnsan beyni de, biz insanların tasarladığı sistemler de bu yöntem ile çalışır. Beynimizin parçalayabildiği minimum ölçekler çok küçük boyutlarda olduğu ve inanılmaz bir hızla parçaları birleştirebildiği için (yani çok yüksek çözünürlüklü ve yüksek hızda işlem yapabilme kabiliyeti olduğu için), duyu organlarımızdan aldığımız sinyaller tam da o anda bizler için algılanabilir hale geliyor. Günümüz teknolojisi beynimizin ürettiği sinyalleri algılayıp onları yapay organlar vasıtasıyla gerçekleştirmeye olanak sağlıyor. Örneğin kolu olmayan bir insanın sinir hücrelerinin aktivitesinin algılanması ile kol yerine yerleştirilen yapay kaslarını kullanması sağlanabiliyor. Peki bunun tersi ne kadar mümkün? Yani beyne komut göndermenin bir yolu var mı? Kameralarımızın sensörünü göz yerine kullanabilir miyiz? Ya da mikrofondan aldığımız sinyalleri kulak yerine kullanabilir miyiz? Eğer duyu organlarımız tamamen işlevini yitirmediyse yapay takviyeler ile duyu kayıpları iyileştirilebiliyor. Örneğin duyma kaybı için yaygın olarak kullanılan implantlar mevcut. Benzer bir şekilde göz merceği zedelenen hastalar için yapay mercekler görme yetisini kabul edilebilir seviyelere çıkarıyor. Ancak tüm bunlar duyu organlarının beyin ile etkileşimi hasarsız ise yapılabiliyor. Yani doğrudan beyne bir soket takıp görmeyi sağlayamıyoruz. Ancak bilim ve teknolojideki gelişimin boyutlarına bakılırsa bu durum çok uzun sürmeyeceğe benziyor. Bir dirençten sıcaklığı, delikten geçen ışıkla hızı, ses ile engelleri algılayabiliyorsak, giderek boyutları küçülen ve yetenekleri artan komponenlerin beyin ile etkişelime girebilecek seviyeye gelmesi hayal gibi görünmüyor. Özellikle insan vücudunu yapısal veya fonksiyonel olarak araştıran ve taklit etme amaçlı yapılan çalışmalara gereken önem verilir ve yeni yetişen beyinleri bu alanlara yönlendirirsek, insan için imkansız olan ya da geri dönüşü olmadığı düşünülen kusurların giderilmesinin nasıl mümkün olduğunu ilk elden görebiliriz. Robotik teknolojiler, insanlığın geldiği noktadaki tüm birikimlerinin sentezlenip kullanılmasını ve her seferinde bir adım ileri giderek yeni teknolojilerin ortaya çıkarılmasını gerektirir.

AKINSOFT, Robotik Araştırmalarıyla, insanlığa ve tüm değerlerine katkı sağlamak ve dünyaya karşı olan görevini başarıyla tamamlamak için tüm enerjisiyle çalışmaktadır.

AKINSOFT ROBOTİK DEPARTMANI

Benzer Yazılar