4B Printer ile Şekil Değiştiren Robotlar Basın

MIT 4B printer ile şekil değiştiren origami robotlar bastı. Kendi üzerine katlanan bu akıllı robotlar ihtiyaca göre şekil değiştiren programlanabilir madde ile basılıyor (bu örnekte ısıya duyarlı plastik). Aslında kadınlar da karnında organik madde (bebek) basan birer biyoprinter. Peki zaman içinde şekil değiştiren programlı baskı malzemeleriyle çalışan 4D printerlar endüstri 4.0’ı nasıl gerçekleştirecek?

4B printer ile robotlaşma ve endüstri 4.0

3B printerı anladık da 4B printer ne oluyor? Yoksa 4B printer basit bir pazarlama sloganı mı? Aslında değil. 4 boyutlu baskı derken, 3B printerda basılan ama zamanla şekil değiştiren akıllı malzemelerden söz ediyoruz. Örneğin Popular Science Türkiye Eylül 2014 sayısında yazdığım eklem yerleri “hafızalı plastikten” basılan origami robotlar:

3B printerla yassı kartona basılan origami robotlar, ısınınca katlanan özel plastik tabakası sayesinde Transformers gibi şekil değiştirerek ayağa kalkıyor ve masada dolaşmaya başlıyor. MIT araştırmacıları bunu 80’lerde geliştirilen basit bir teknolojiyle başardı: Hafızalı plastikler.

Karton üzerine basılan ince elektronik film tabakası aslında robotun sinir sistemini oluşturuyor ve araştırmacılar robotu ısıttığı zaman, plastik kaplı karton önceden çizilen kesit yerlerinden katlanarak robotu ayağa kaldırıyor. Kısacası bu robotlar önceden programlanan ve ortam şartlarına göre şekil değiştiren 3B baskı malzemelerinden üretiliyor. Bu da bize nesnelerin internetinin şekil değiştiren sensörlerle gerçekleşeceğini gösteriyor

 

Gerçek endüstri 4.0 için

Kendi kendine katlanan origami robotlar zamanla bakteri gibi çoğalacak, evrim geçirecek ve memeliler gibi büyüyüp gelişecek. Bütün bunu programlanabilir madde ile ihtiyaca göre şekil değiştirerek yapacak. Böylece üretimde maksimum enerji tasarrufu sağlayacak: Bir şeyi tam boy basmak yerine, yumurtadan çıkan civciv gibi yavru halinde basacağız.

Böylece nesnelerin internetini oluşturan akıllı cihazlar ve eşyalar az enerjiyle maksimum verim sağyarak hem doğal kaynaklardan hem de maliyetten tasarruf sağlayacak. Endüstri 4.0 sadece maliyet ve üretimde değil, enerji tasarrufunda da ölçeklenebilirlik sağlayacak.

 

Organik makine devrimi

4B printerlar önümüzdeki iki yılda elektronik ve konfeksiyon sektöründe kullanılacak. Elektronikte kopunca kendini onaran devreler ve kablolar göreceğiz. Örneğin İBB’nin metro inşaatlarında yanlışlıkla kopan fiber internet kabloları kendini onarabilir.

Bunların halka inmesi her ne kadar zaman alsa da yakın gelecekte bir ekran kartının kendini onarmasını bile normal kabul edeceğiz (Hatta internetten yeni ekran kartı şeması satın alıp bilgisayara indirdiğimizde eski kart şekil değiştirip yeni model karta dönüşecek).

 

Şekilden şekle giriyor

4B printerlar kilo aldığımızda esneyen akıllı pantolonlar ya da ayaklarımız şişince genişleyen ayakkabılar gibi ihtiyaca göre şekil değiştiren ürünler basmakta kullanılacak. Ancak ihtiyaca göre form değiştiren makineler, robotlar ve eşyalar üretmek sadece başlangıç. Asıl devrim, tıpkı insan DNA’sında olduğu gibi “donanıma kodlanan” yazılımlar ve kendi kodunu yeniden yazan bilgisayar programlarıyla gelecek.

Zaten yazılımın donanıma kodlanması, kendi kodunu yeniden yazan bir programın aslında yüklü olduğu donanımın şeklini değiştirmesi anlamına geliyor. Bu yazılımlar sayesinde bilgisayar programlamak yerine bizzat sandalyeleri, robotları, hatta tükenmez kalemleri gerektiği zaman şekil değiştirmek üzere programlayacağız.

Böylece geleceğin dünyasında eşyalarla makineler tıpkı DNA ve protein molekülleri gibi kendi kendini programlayacak ve özel bir bilgisayar işlemcisi gerektirmeden kendi başına çalışacak. Babylon 5 bilimkurgu dizisinde buna kısaca “organik teknoloji” deniyordu. Stargate SG-1 dizisinden esinlenerek buna “replikatör teknolojisi” de diyebiliriz.

MIT’nin katlanabilir robotları

 

Gerçek Transformers

Konuyu daha iyi anlamak için 4B printer terimini ele alabiliriz. 4B printerları zamanla şekil değiştiren malzemeler basan 3B printerlar olarak tanımladık ve bunun basit bir mantığı bulunuyor:

Evren’de 3 boyut var. Uzunluk, yükseklik ve genişlik ama bunlar sadece üç uzay boyutu. Oysa işin içine zaman boyutunu da katmamız gerekiyor ki Einstein görelilik teorisinde bunu yaptı, Evren’in toplamda 4 boyutlu uzay-zamandan oluştuğunu söyledi. Burada söylemek istediğimiz şey, uzayın zamanla şekil değiştirmesi.

Nitekim küçük bir bebek olarak dünyaya geliyoruz ve zamanla gelişip serpiliyoruz. Bu arada yaşadığımız tecrübeler hayatımızı şekillendiriyor ve yıllar geçtikçe yaşlanıyoruz, yüzümüz kırışıyor ya da kilo aldıkça bel çevrimiz genişliyor.

 

Yemek basan printerlar

4B printerlar da bunu yapıyor ve zaman içinde şekil değiştiren malzemeler basıyor. İşte bu sayede 3B printerla basılan elbiseler vücudunuzun şeklini alıp üzerinize tam oturabilir. Böylece butikten standart kesim bir etek alırsınız ama terziye diktirmiş gibi size özel olur. Ofisteki o rahatsız koltuk da bundan böyle belinizin şeklini alarak sizi sırt ağrılarından kurtarabilir.

Önümüzdeki 20 yılda ise görünüşte basit bir buldozer tıpkı Transformers gibi şekil değiştirerek insanları depremde yıkılan binadan kurtarmak için vince dönüşebilir. Hatta yemek replikatörleri kullanabilirsiniz. Marketten, un yağ ve şeker alırsınız.

Mikroskobik robotlardan oluşan ve bunların içine eklenen akıllı toz (veya genetiği değiştirilmiş bakteriler), pişireceğiniz yemeğin malzemelerinin sanki bir aşçının elinden çıkmış gibi kendi kendine organize olmasını ve kendini pişirerek damağınızda mükemmel bir tat bırakmasını sağlayabilir.

 

Organik printerlar

Ancak, insan vücudunu düşündüğümüzde durum çok daha şaşırtıcı bir hal alıyor. Çünkü insan vücudu da aslında organik bir 4B printer:

Genetik kodumuz olan DNA molekülü belirli bir sıcaklıkta ve özel bir kimyasal çözeltide kendi üzerine katlanarak çifte sarmal oluşturuyor. Ardından DNA ve RNA moleküllerini kullanan insan hücreleri yine kendi üzerine katlanarak lego blokları gibi birleşen akıllı protein molekülleri üretiyor. Protein zincirleri de birleşerek nihayet et, kan, kemik, kas gibi insan vücudunun parçalarını oluşturuyor.

 

Üstelik bunun için bir makine ya da bilgisayar işlemcisi kullanmıyor. Her şey birbirine anahtar ve kilit gibi uyan, yani uygun moleküle yaklaştığında kimyasal bağlar (elektronlar) sayesinde katlanarak şekil değiştiren, böylece kardeş molekülle otomatik olarak birleşen akıllı (?) proteinler sayesinde gerçekleşiyor.

Elbette ki proteinler sizin benim gibi düşünen varlıklar değil, ama proteinleri “kimyasal hafızası olan” sözde akıllı malzemeler olarak tanımlayabiliriz. Biz de bu sayede spor salonuna gidip ağırlık kaldırdığımızda yağ yakıyor ve kas yapıyoruz. Bayanlar da plates yaptığında forma giriyor. İnsan vücudu, hatta insan beynindeki sinir ağları ihtiyaca göre şekil değiştirerek bizim için sırasıyla yeni bir vücut ve yepyeni anılar üretiyor.

 

Şekil değiştiren robotlarla ne ilgisi var?

Çok ilgisi var: Bugün dünyanın insana benzeyen en akıllı robotları arasında sayılan Honda’nın ünlü Asimo robotu bir kamyona mal yüklerken tökezleyip yere düşüyor. Asimo alışık olmadığı dik merdivenlerden çıkamıyor veya çukurların üzerinden atlayamıyor. Kısacası deprem olsaydı ve bina tepenize yıkılsaydı, az önce ofiste masanıza kahve getiren Asimo elini uzatıp sizi enkaz altından kurtaramayacaktı. Orada durup sizi seyredecekti.

Çünkü Asimo düşünemiyor ve daha da önemlisi insan vücudu gibi hareket edemiyor. Asimo’nun parçaları düz ve temiz ofislerde, park yeri gibi açık alanlarda dolaşmak üzere tasarlanmış. Asimo’nun kolları, bacakları, eklemleri sert ve şekil değiştirmeyen plastikle metalden üretilmiş. Düşünebilen bir robot olsaydı bile sizi enkazdan kurtaramazdı.

İnsan vücudu öyle mi? Görünüşte sert olan kemiklerimiz yük bindiğinde esniyor. Üstelik beynimizin bir parçası olan beyincik, vücudumuzdaki yüzlerce kası gerektiğinde saniyede 40 kez ayarlıyor ve sallanan bir vapurda bile düşmeden yürümemizi sağlıyor.

 

İnsan vücudu bunu nasıl yapıyor?

Şimdi kısa bir nefes alalım ve şunu soralım: İnsan vücudunun bir işletim sistemi, çekirdek kodu var mı? Ya da tersinden soralım: Biz insan gibi düşünen bir yazılım geliştirip bunu bir robota yüklemeyi, böylece robotu insana dönüştürmeyi başardık mı? İnsan gibi konuşup hissetmesini sağladık mı?

İki sorunun da yanıtı hayır. İnsan vücudunun bir işletim sistemi yok ve biz insana benzeyen, insan gibi düşünüp hareket eden bir robot geliştiremedik. Ancak suç bizde! Çünkü yanlış yerden hareket ediyoruz.

 

Örneğin, çalışırken yere düşmesin diye Asimo’ya daha kompleks eklemler ve daha gelişmiş elektrik motorları takmaya çalışıyoruz. Ayrıca, Asimo’ya çok daha karmaşık bir yazılım yüklemek istiyoruz. Oysa bütün bunlara rağmen Asimo bizim gibi yürüyüp koşamıyor. İşlemci gücü artsa ve yazılımı güncellense bile Asimo insanlar kadar çevik ve hızlı olamıyor.

Bununla birlikte, Asimo’nun kolları bacakları ihtiyaca göre sertleşen veya esneyen ve bunu basit bir hareket-basınç-ısı geri besleme sistemiyle yapan “hafızalı organik malzemelerden” üretilseydi işimiz çok kolaylaşacaktı. O zaman büyük bir robot beynine ve karmaşık yazılımlarla kompleks iskelet tasarımına gerek kalmayacaktı. Kısacası 4B printerlar derken biraz da robot bedeninde insan vücudunu yeniden yaratmaktan söz ediyoruz.

 

Öyleyse nedir makineden farkımız?

Evet, hepimizin bir beyni var. Yüz binlerce ağaç kesmemize ve çevreyi kirleterek şehirleri beton yığınına dönüştürmemize rağmen çok şükür “beyinsiz” değiliz, ama gözden kaçırdığımız bir nokta bulunuyor:

Beyinciğin kaslarımızı saniyede 40 kez kontrol etmesine bakarak diyoruz ki tamam, belki bilinçli beynimiz insan vücudunun motor hareketlerini yönetmiyor ama beyincik bedenimizi kontrol ediyor. Yanlış!

Beyincik bile insan vücudunu an be an yönetmiyor. Nasıl ki vapur kaptanı gemideki personelin başında nöbetçi gibi dikilip sürekli emir vermiyor, beyincik de insan vücudunu bizzat kontrol etmiyor. Öyle olsaydı beyincik aşırı yüklenir ve biz de tanımadık arazideki en ufak sarsıntıda yere yapışan hantal Asimo robotlara dönüşürdük.

 

Esnek iskelet

Gerçekte yolda koşan küçük çocukların kasları ve kemikleri sürekli olarak farklı basınçlara ve yön değişimi ya da ağırlık merkezinin kayması gibi farklı kinetik kuvvetlere maruz kalıyor. Dik yokuşlar, yağmurda yeni ıslanan kaygan zemin, çocuğun ayağını çarptığı taş veya onu iten yaramaz arkadaşı küçük adamın takılıp yere düşme riskini artırıyor.

Beyinciğin bütün bunlara anında tepki verecek kadar hızlı çalışması zor. Bu noktada geri besleme yoluyla çalışan insan iskeleti çocuğa yardımcı oluyor. Çocukların kasları fiziksel geri besleme yöntemiyle anlık, basit ve aptal kararlar alıyor. İlk dengeyi kas hücreleri sağlıyor, ardından sinir sistemi ve nihayet beyinciğin talimatları geliyor.

 

Beyincik ve geri besleme

Aslında beyincik sadece genel talimatlar veriyor. Örneğin kaygan zeminde kasların dikkatli yürüme moduna geçmesini sağlıyor. Diyelim ki ayağımızı nereye atacağımıza karar veriyor; ama yere nasıl basacağımıza sinirler, kas hücreleri ve iskeletin kinematik yapısı, yani iskeletin hareketlerini sınırlayan temel özellikler karar veriyor (parmaklarımızı ters yönde bükememek gibi sınırlamalar).

Sonuçta diyebiliriz ki ana rahmi organik bir 4B printerdır ve dölyatağında zamanla ihtiyaca göre şekil değiştiren 3B baskı malzemeleri basılıyor. Biz buna kısaca bebek diyoruz, ama bir önceki paragraftan sonra bu sonuca nasıl vardığımızı açıklamamız gerekiyor. 🙂

 

İnsanın kodu DNA

Sanırım insanın genetik kodu olan DNA’nın ana karnındaki cenini tam kapsamlı insan vücuduna nasıl dönüştürdüğünü şimdi daha iyi anlıyoruz, fakat önce hepimizi yıllardır şaşırtan klasik soruyu soralım: Cansızdan canlı nasıl çıkar? Açıkçası organik madde ile inorganik madde arasındaki fark nedir?

Öyle ya, insan vücudunda karbon atomları var. Ancak evdeki plastik tabak da karbon atomları içeriyor. Canlılığın kökeni karbon atomu ise neden plastik malzemeler cansız da aynı atomdan oluşan insan vücudu canlı? Üniversitede biyoloji felsefesi hocamı bu tür sorularla bunalttığımı hatırlıyorum, ama biraz dikkat edersek sorunun cevabı ortada.

 

Organik madde “kendi kendine organize olan ve kendini bu şekilde kopyalayarak çoğalan sistemler oluşturan madde” demek. Nitekim Latince kökenli organ, organel, organizasyon kelimeleri hep aynı kökten geliyor: Organize olan şey.

Sosyal medyada da aynı şey geçerli. Alın size organik Facebook gösterimleri, yani sizin organize ettiğiniz ve gösterimi tümüyle sizin kararlarınıza, paylaşımlarınıza bağlı olan içerik (Facebook algoritmalarıyla paylaşılmayan içerik).

Zihin açıcı bu örneklerden sonra genetik kodumuz DNA’ya dönecek olursak, DNA’nın da karbon tabanlı olduğunu hatırlatmamız gerekiyor. DNA nükleotid (çekirdekçik) denilen bileşenlerden oluşuyor. Her nükleotidin azot içeren bir nitrojenli bazı var. Buna karbon tabanlı bir şeker molekülü olan deoksiriboz bağlanıyor. Nükleotidlerin son parçası ise şeker molekülüne bağlanan bir fosfat grubu.¹

 

DNA canlı mı?

Tamam. Biyoloji dersi bitti. Şimdi can alıcı soruyu soralım: İnsanlarda döllenme spermin dölyatağı borusundan geçerek yumurtaya ulaşmasıyla gerçekleşiyor. Döllenmeyi de en basit haliyle anne ve babadan gelen DNA moleküllerinin yumurtada birleşmesi olarak tanımlayabiliriz.

Peki DNA’da “döllenme gerçekleşirse kök hücre bölünmesi ile kök hücre dönüşüm sürecini başlat ve yeni bir insan yarat” diye bir talimat mı var? Genetik kod diyoruz ya, DNA’nın içinde bir yazılım mı var? Mademki bebeklerin yaratılmasında DNA başrolü oynuyor, DNA molekülü kendi kendisinin farkında olan bilinçli bir varlık mı? Kısacası DNA canlı mı?

Hayır, DNA organik bir molekül ama canlı değil. Teknik olarak insan hücreleri canlı sayılıyor, fakat insan hücrelerini yaratan DNA tıpta ayrı bir canlı türü olarak kabul edilmiyor.

 

Öyleyse canlılık nerede başlıyor?

DNA sadece belirli moleküllerle karşılaştığı zaman bölünen, kendini kopyalayan, yani kimyasal hafızası olan kompleks bir molekül. Aslında Stargate dizisindeki gibi dünyayı ele geçirip her şeyi yok etmeye çalışan replikatör robotlar gibi sürekli kendi kendini kopyalayan bir molekül.

DNA özünde kimyasal geri besleme (feedback) yoluyla ortama ve şartlara göre şekil değiştiren bir molekül; yani kendi kendini basan bir 4B baskı malzemesi! İnsanların dünya üzerindeki egemenliğine bakarsak DNA’nın replikatörler gibi dünyayı ele geçirdiğini de söyleyebiliriz. Nitekim Richard Dawkins gibi bazı biyologlar insanların gen replikatörleri olduğunu söylüyor.

 

Konuya basitleştirerek baktığımız zaman DNA bize akıllı bir molekül gibi görünüyor. Oysa DNA sadece kimyasal hafızası olan ve kendi kendini kopyalayan (organize olan) organik bir molekül.

Nitekim fitness salonuna gidip ağırlık çalışmaya başladığımızda, vücudumuz da DNA’nın kas geliştirmeye yönelik genetik potansiyelini açığa çıkarıyor; yani DNA kas yapan genlerimizi “harekete geçiriyor”.

Buna genlerin kendini ifade etmesi diyoruz ve bütün bu süreç bilinçli olarak değil, otomatik olarak gerçekleşen kompleks bir geri besleme mekanizmasıyla işliyor. Özetle her hücrenin içinde DNA denilen bir 4B printer var.

 

Organize işler

Sonuçta, insan vücudunu farklı kılan ve global bir uygarlık kurarak dünyaya hakim olmasını sağlayan DNA’nın gücünden yararlanmak isteyen bilim adamları DNA’dan esinlenerek 4B printerlar geliştirmeye başladılar. Bu konuda ilk fark ettikleri şey, insan vücudunun dölyatağı dediğimiz 4B printerda basılan organik bir makine olmasıydı.

İkinci fark ettikleri şey ise canlılık dediğimiz durumun geri besleme yoluyla kendini bir işlemci veya yazılıma gerek duymadan sürekli olarak uyaran ve böylece sürekli olarak hem yer hem de şekil değiştiren karmaşık moleküller sayesinde kendiliğinden ortaya çıkmasıydı.

Kısacası ister metalden yapılsın (şaşırmayın, şimdilik böyle bir şey yok) ister et ve kandan, yeterince karmaşık olan bütün organik moleküller (yani organize olarak istikrarlı fonksiyonlar kazanan ve belirli bir iş gören sistemler kuran bütün moleküller) nihayet canlı varlıklar oluşturuyordu.

 

Üçüncü şıkkın dayanılmaz cazibesi

Fark ettikleri üçüncü şey de DNA’nın insan vücudunun genetik kodu olmasına rağmen, DNA’nın kendisinin belirli bir kodunun olmamasıydı: DNA sadece kimyasal hafızası olan organik bir moleküldü ve zeka ya da bilinç gerektirmeyen basit fiziksel geri besleme süreçleriyle karmaşık insan vücudunu ortaya çıkarıyordu.

Öyle ki insan vücudunun bir parçası olan insan beyni de aynı şekilde çalışan, ama çok daha karmaşık olan yapısı ile insan bilincini üretiyor. Bu da bizi geri besleme yoluyla düşünen, hisseden, akıllı (?) canlılar yapıyor. 🙂

Ancak konumuzu ilgilendiren asıl nokta dördüncü nokta. O da DNA molekülünü aslında donanıma kodlanan bir yazılım olarak düşünebileceğimiz gerçeği. Konu kulağa yabancı geldiği için felsefeden organik kimyaya kadar birçok farklı noktaya değinmek zorunda kaldık fakat şimdi asıl vuruşu yapabiliriz:

 

Bisiklet zincirinden DNA üretmek

Evet, yanlış okumadınız. MIT Mimarlık Fakültesi’nde öğretim görevlisi olan Skylar Tibbits (videosu aşağıda) bisiklet zincirine benzeyen akıllı bir zincir üretti ve bu zincire DNA özellikleri kazandırdı.

Tibbits tenekeden yapılmış dev solucanları andıran, ama aslında ihtiyaca göre şekil değiştiren robotlar olan Macrobot ve Decibot’u tasarlayan ekibin başında bulunuyor. Ancak bu ekip 2011 yılında başka bir şey yaptı: Protein molekülleri gibi kendi üzerine kıvrılarak ihtiyaca göre şekil değiştiren, daha doğrusu belirli şartlarda ne şekle gireceği önceden programlanabilen akıllı zincirler üretti.

 

Metalik DNA?

Yaptıkları şey çok basitti: Resimde gördüğünüz gibi bisiklet zincirine benzeyen bu zincir çok sayıda küçük parçadan oluşuyor. Her parça diğerine bir eklem yeriyle (mafsal) bağlanıyor ve her mafsal sadece belirli bir yöne doğru dönüyor. Örneğin zincirin bir halkası sadece sağa dönebiliyor, diğeri sola veya yukarı ya da aşağıya…

Ancak bu halkaları nasıl dizeceğiniz, yani zinciri elinize alıp ip gibi salladığınız zaman o zincirin ne şekil alacağını önceden belirlemek–programlamak size kalmış. 🙂 Videoda görebileceğiniz gibi Skylar bir zinciri salladığında o zincir yılan gibi kıvrılıyor ve telefon kablosuna benzeyen bir spirale dönüşüyor. Diğer zincir ise küp şeklini alıyor!

İşte yazılımı donanıma kodlamak derken kast ettiğimiz bu. DNA donanıma (organik moleküle, organize olan moleküle) kodlanmış olan bir yazılımdır derken kast ettiğimiz de bu. Şimdi düşünün. Görünüşte akıllı olan bu zincirlerin gerçekte sadece “kinetik hafızası” var; yani zinciri sallayıp hareket ettirdiğimiz zaman zincirin halkaları yalnızca belirli bir yönde hareket ederek önceden programlanan şekle giriyor.

 

Makroskobik DNA!

İnsan DNA’sı yaklaşık 3 milyar baz çiftinden oluşuyor. Dolayısıyla DNA’yı bisiklet zincirinden üretmek pratikte imkansız ama teoride imkansız değil. Teorik olarak elimizle salladığımız zaman DNA gibi kıvrılan veya ikiye bölünen makroskobik (gözle görebileceğimiz kadar büyük) bir metal molekül üretebiliriz.

Her ne kadar pratikte imkansız olsa da bisiklet zincirinden bozma böyle bir makroskobik molekül kullanarak hayali bir kalp kası hücresine bölünüp çoğalması için genetik talimat da gönderebiliriz. Çünkü pratikte yaptığımız aynı şey. DNA böyle yapıyor.

 

Ancak elimizde hazır DNA varken bunu neden yapalım? Elimizde DNA, RNA, aminoasitler ve proteinler gibi bunu mikroskobik ölçüde çok daha hızlı yapan, üstelik de çok az enerji tüketen akıllı organik moleküller varken neden fabrikada kompleks bisiklet zincirleri üretelim?

Neden Decibot gibi 10 metre boyunda olan, parçaları elle birleştirilen ve çalışmaya başladıktan sonra şekil değiştiren dev solucan robotlar üretelim (bu arada Decibot’un protein moleküllerine benzerliği dikkatinizi çekti mi)?

 

Şimdi T-1000 zamanı

Sonuçta Skylar ve arkadaşlarının video ve resimlerde gördüğünüz kinetik hafızalı zincirleri üretmesi günler aldı. İnsan vücudu ise saniyenin yüz milyonda birinde protein üretiyor ve sadece 1 saat içinde (yazıyla bir) DNA sentezliyor! İşte bu yüzden insan vücudu metalden değil, et ve kemikten oluşuyor. İşte bu yüzden insanoğlu demir değil, karbon tabanlı bir canlı türü (Karbon atomları 60 atomdan oluşan karmaşık moleküller üretebiliyor, demir atomu bunu yapamıyor).

Artık şekil değiştiren metalik robotların ve canlıların neden doğada kendiliğinden ortaya çıkamayacağını anlıyoruz. Bu, enerji tüketimi ve doğal kaynaklar açısından ekonomik bir çözüm değil. Zaten Skylar Tibbits de videodaki bisiklet zincirlerini örnek olarak gösterdi. Onun asıl amacı sentetik malzemeler (laboratuarda üretilmiş organik malzemeler) ve doğal malzemeler (genetiği değiştirilmiş insan, hayvan, bitki, bakteri hücreleri) kullanarak mikroskobik canlı robotlar üretmek.

Çünkü 4B printerlar sayesinde şekil değiştiren metal robotlar basabilir veya insan vücuduna sınırlı Superman özellikleri kazandırabiliriz. Teknoloji bunu ekonomik olarak, ucuza yapmamızı sağlıyor.

 

Bu robotlar 4B printerda basılan, zamana ve ihtiyaca göre şekil değiştiren, organik malzemelerden üretilen, yazılımın donanıma kodlandığı (yazılımın doğrudan iskelete, organlara, mikroskobik makinelerin şekline programlandığı) VE doğadaki besinlerle beslenerek kendi kendine çoğalan akıllı organik robotlar olacak.

Battlestar Galactica’nın bilimkurgu sinemasındaki önemi burada yatıyor. Battlestar Galactica bize insana benzeyen organik robotların nasıl üretildiğini gösterdi.

Bu robotları ilk bakışta insandan ayırmak imkansız, sıradan mikroskopla bile insandan ayırmak imkansız ama sonuçta dizideki Cylonlar sentetik canlılar. Sentetik biyoloji biliminden yararlanarak sentetik olarak üretilmiş organik canlılar.

 

Sentetik bakteriler, sentetik biyoloji

Gen mühendisliğinin yeni adı olan sentetik biyoloji laboratuarda yeni canlılar üretmek anlamına geliyor. Ancak daha işin başındayız. Şimdilik sadece mevcut canlıların DNA’sını değiştirerek onlara yeni özellikler kazandırıyoruz (aslında bütün canlıların bu şekilde evrim geçirdiği düşünülüyor fakat bu ayrı bir yazının konusu).

Bu yüzden biz de sadede gelebiliriz. Skylar Tibbits önce sentetik hücreler ve sentetik bakteriler üretmek istiyor; çünkü sentetik biyolojinin dilimizde bir karşılığı var: Genetiği değiştirilmiş organizma (GDO) teknolojisi. Skylar ve arkadaşları önce mikroskobik 4B printerlar üretecek ve bunlarla canlı hücrelerin genetiğini değiştirecek, böylece hücrelere yeni özellikler kazandıracak.

Örneğin gece ışıldayarak yolumuzu aydınlatan süs bitkileri, havadaki zehirli egzoz gazını alan bakteriler, asit yağmuru ile kararan cami duvarlarını kirleri yiyerek temizleyen mikroplar. Hırsız alarmı olarak kullanılan GDO özellikli yeni böcekler ve atmosferdeki karbondioksiti emerek küresel ısınmayı yavaşlatan bakteriler.

 

Ya bugün, ya gerçek hayat?

Sentetik biyoloji yirmi yıl içinde hayatımızı değiştirecek ve yukarıdaki örneklerde görebileceğiniz gibi, küresel ısınma ile çevre kirliliğini önlemekteki en etkili çözüm de genetiği değiştirilmiş organizmalar (bunlar hem ucuz hem de yaygın olacak, ama önce insan sağlığına zararlı olmayan “GDO”lu sebze ve meyve yetiştirmeyi öğrenmemiz gerekiyor).

Yine de 4B printerlar şimdiden hayatımıza girdi. MIT’nin tasarım bürosu Nervous System (Türkçesi Sinir Sistemi, manidar değil mi?) şimdiden eklemli halkalardan basılan takılar ve elbiseler üretti. Bunlar printerdan yassı olarak çıkıyor ama otomatik olarak şekil değiştirip gerçek birer aksesuar ve giysiye dönüşüyor.²

 

Kendini diken giysiler

4B printerlar yaygınlaştığında vücuda tam oturan mükemmel eteklerimiz olacak. O gün geldiğinde ayağımız şiştiği zaman parmaklarımızı vurmayan ayakkabılarımız, bayanların boynuna göre uzayan-kısalan kolyelerimiz, son modaya göre uzayıp kısalan ve kendi kendine renk değiştiren saçlarımız olacak. Sanırım kuaförlerin modası geçecek.

Bir gün toprağı süzgeçle sulayacağız ve birkaç hafta içinde yerden çok katlı binalar yükselecek: eşyaları ve tesisatıyla birlikte olmasa da en azından iskelet halindeki binalar. Kulağa uçuk bir fikir gibi gelse de 20 yıl içinde ilk örnekleri görmeyi umuyoruz. En azından prefabrike binaların ana bileşenlerini böyle “yetiştirebiliriz”.

Replikatör teknolojisi sayesinde kendini inşa eden eşyalar ortaya çıkacak ve bunlar ne bilgisayar ne de makine kullanacak. Hepsi bakteri gibi çoğalacak ve tüm bu ürünler 4B biyo-printerlarda, yani canlı doku basan 3B printerlarda basılacak. Dolayısıyla hastadan alınan kök hücrelerden klonlanan yeni organlar basan biyo-printerları da 4B printer sınıfına sokabiliriz.

 

Bilgisayar ortadan kalkıyor

İnsan beyni bir bilgisayar değil. Son 150 yılda önce mekanik, sonra elektronik bilgisayarlar geliştiren insanoğlu bunu bilgisayar olmadan, sadece elle hesap yaparak ve kağıda şekil çizerek başardı.

Bunun bize ders olması lazım. Bilgisayarlar varlığını bilgisayar olmayan canlılara borçlu ve bu sebeple modern uygarlığın devamı için bilgisayarlar şart değil.

Gerçekten de eski bilgisayar parçaları doğayı kirleten zararlı atıklar oluşturuyor. Bilgisayarlar çok elektrik tüketiyor ve elektrik faturasını kabartıyor. Tabletler bile nispeten ağır ve laptoplar hâlâ yer kaplıyor. Bütün bunlar bilgisayarların artan nüfusa, fiyat artışına ve ekonomik krizlere bağlı olarak geleceğin toplumunu destekleyemeyeceğini gösteriyor.

 

Özetle bugünkü bilgisayarlar sürdürülebilir ekonomi desteklemiyor. Üstelik Yapay Zeka söz konusu olduğunda gittikçe küçülen bilgisayarların bile akıllı robotlar yaratmakta zorlandığını görüyoruz. Peki ama biz neler söylüyoruz? Teknolojiyi bırakıp ilkel çağlardaki gibi deveye mi binelim diyoruz? Yoksa bilgisayar düşmanlığı mı yapıyoruz veya Yapay Zeka ile bir alıp veremediğimiz mi var?

Hayır, söylemek istediğim bu değil. Sadece zamanla ihtiyaca göre şekil değiştiren 3B baskı materyalleri sayesinde fiziksel ve biyolojik malzemeleri kendilerini inşa etmeleri için önceden programlayabileceğimizi söylemek istiyorum.

 

İmalat yerine replikasyon

Bunu Skylar’ın Decibot ve bisiklet zinciri örneğinde olduğu gibi önceden programlanabilen kinetik, termal ve kimyasal hafızalı imalat malzemeleri ile başaracağız.

Bunlar ısı, basınç, hareket, ses, ışık ve kimyasal reaksiyonlar gibi geri besleme süreçlerinden yararlanarak ve bugünkü robotlara takılan işlemcilere gerek olmadan kendi kendini yönetecek.

Fabrikalara, ağır sanayiye ve makinelere gerek olmadan kendi kendine üreyecek (canlılığın temel özelliği olması açısından bu anlamlı), yani kendini kopyalayacak. Biz de çevreyi kirletmeyen ucuz teknolojiye kavuşmuş olacağız.

 

Akıllı zincirlere yazılım kodlamak

Burada vurgulamak gereken son bir nokta var: İnsan vücudunun temel yapıtaşı olan organik moleküller aynı zamanda bilgisayar yazılımı kodlarının temel taşı olan ve formel mantıkta kullanılan “mantık kapılarıdır”.

Bilgisayar devrelerini oluşturan trilyonlarca transistor aslında mantık kapılarıyla çalışıyor. Elektronik devreler üzerindeki “ve”, “veya”, “açık”, “kapalı”, “değil” gibi mantık kapıları ekranda yazdığımız mobil uygulama kodlarının akıllı telefonların işlemcisini yönetmesini sağlıyor.

 

Zaten öyle olmak zorunda. Yoksa mobil uygulamalar akıllı telefonları nasıl kontrol edecekti? Sihirli değnekle mi? Yine de klasik bilgisayar tasarımcılığı ve programcılığında bir sorun var:

İşlemcileri yazılımlara göre tasarlamıyoruz. Yazılımları işlemcilere göre tasarlıyoruz. Bu da yeni ve daha hızlı bilgisayarlar geliştirmeyi zorlaştırıyor, bilgisayar fiyatlarını yükseltiyor.

Oysa devreleri yazılıma göre şekil değiştiren işlemciler üretseydik bunlar bizim gibi yaşayan canlılar olurdu. İhtiyaca göre şekil değiştirip kendi kendini programlardı. Skylar ve arkadaşlarının amacı bu. Nitekim Macrobot, Decibot ve akıllı zincirlere şöyle bir göz atın. O robotlar ve zincirlerin her bir eklemi aslında transistorlardaki mantık kapılarına karşılık geliyor.

 

Evren dediğimiz ne ki?

Ortada kağıda yazılmış ve robota yüklenmiş bir yazılım yok. Bizzat robotun şekli yazılım! Tıpkı proteinler ve aminoasitlerde olduğu gibi. Buna “mantık madde” de diyebiliriz; yani formel mantığın, matematik formüllerinin maddeleşmiş hali. Buna böyle deriz ve aslında Amerika’yı yeniden keşfetmiş oluruz. 13,8 milyar yıl yaşındaki fiziksel Evren’e hoş geldiniz!

Evren’i kontrol eden fizik yasalarını matematik formülleriyle ifade edebiliyoruz. Mantık ve matematik kullanarak Evren’i anlayabiliyoruz, çünkü Evren zaten mantık ve matematiğin fiziksel tezahürü. Deyim yerindeyse Evren’in mantığının fiziksel madde ve enerji olarak kendini göstermesi.

 

Skylar ve ekibi bu mantığı bir adım ileri götürüyor ve bilgisayar olmadığı halde bilgisayar gibi çalışan malzemeler üretiyor. Bunları 4B printerda basıyor. Bunlar dediğimiz gibi zamanla şekil değiştiren 3B baskı malzemeleri, ama bilgisayar yazılımını bu oyuncaklara nasıl kodluyoruz? Çok basit: Resimde gördüğünüz zincirin son şeklini iki faktör belirliyor:

(1) Bunlardan biri zinciri oluşturan blokları veya halkaları dizen kullanıcının eli. (2) Diğer faktör ise dizideki son halkanın şekli ve hangi yöne döneceği. Bu malzemeler yaygınlaşırsa sıradan malzemeler sadece mikroskobik diziliş özellikleri ve geri besleme süreçlerinden yararlanarak çalışacak. Bunun için bilgisayarlara gerek olmayacak.

Gerçi bilgisayarlara gerek kalmayacak demek Yapay Zeka’ya, düşünen robotlara ve makinelere gerek kalmayacak demek değil. Bunların bir beyni olacak, sentetik olarak üretilen organik bir beyin mutlaka olacak. Hatta insan beyin hücrelerinin genetiği değiştirilecek ve bizzat insan beyni düşünen bir bilgisayara dönüşecek. Ancak, makinelerimiz için ayrı bir bilgisayar üretmeye gerek kalmayacak.

 

3B printerlara geri dönecek olursak

Eklemeli imalat ya da günlük dilde 3B baskı teknolojisi 2014’te 30 yaşına girdi. Bugün 3B printerlar sadece fabrikalarla sınırlı değil. Artık evimizde bile 3B printer kullanabiliyoruz çünkü basit modellerin fiyatı 1000 dolara düştü.

Üstelik 3B printerlarla istediğimiz her şeyi basabiliyoruz. Kağıt basan 3B printerlar da var ve bu da oyuncak imalatından beyaz eşyaya ve mobilyalara kadar bize sayısız imkan sunuyor.

MIT’nin Self Montaj Laboratuarının yöneticisi Skylar Tibbits, 4B printerla basılan ve zamanla şekil değiştiren yeni malzemeler geliştirmeye 2009 yılında başladı. Önce ısınınca çeken plastik ambalaj poşetleri gibi basit malzemelere odaklandı. Ardından MIT Kamera Kültürü grubu, Self Montaj Laboratuarı ve Stratasys ile Autodesk gibi 3B printer üreticileriyle işbirliği yaparak dünyanın üç boyutlu olarak şekil değiştiren ilk baskı malzemelerini geliştirdi.

 

Skylar’ın şekil değiştiren ürünlerinin küçük bir sırrı var: Her ürün iki farklı malzemeden üretiliyor. Bunlardan biri insan kemiği gibi nispeten sert bir malzeme. Diğeri ise insan kası gibi esnek bir malzeme. Öyle ki bu ikinci malzeme katlı halinin 2 katına kadar genişleşip esneyebiliyor.

Skylar, Decibot ve Macrobot’u işte böyle üretti. Robotların bazı parçalarını 3B printerda bastı. Sert eklemler solucan benzeri robotların ip gibi kıvrılmasını sağladı. Esnek borular ise robotun eğilip bükülmesine ve boyunu uzatmasına imkan verdi.

Skylar’ın yeni prototipleri akvaryuma benzeyen su kaplarının içinde çalışıyor. Özel çözeltide esneme ve şekil değiştirme özellikleri kazanan bu ürünleri kullanarak MIT’nin baş harflerini yazmak mümkün. Eskiden bunun için sıcak plastiği MIT yazan bir kalıba dökerdik. Şimdi 4B özellikli akıllı ipliğin kendini MIT yazısı şeklinde bükmesini sağlayabiliyoruz.

 

Sırada ne var?

Örneğin bulaşık makinelerinin kireçlenmesini önleyen filtreler ve yemek artıkları yüzünden tıkanmayan esnek lavabo boruları üretebiliriz. Hatta rutubette bozulmayan ve paslanmayan bilgisayarlar!

Ancak bu konuda özellikle sıcakta ve rutubette bozulmayan çocuk bakım ürünlerine odaklanıyoruz. Aynı şey su çekmeyen ayakkabılar ve çamaşır makinesinde kolay temizlenen bluzlar için de geçerli. Öyle ki sektör yıkamadan ve kuru temizleme yapmadan kendini temizleyen gömlekler geliştirmeye hazırlanıyor.

Elbette buna Geleceğe Dönüş 2 filminde Marty McFly’ın bağcıkları kendi kendine bağlanan ayakkabıları da dahil. Filmde bu teknolojinin tarihi 2015 olarak verilmişti ve Skylar’ın şekil değiştiren iplerine bakarak ilk bağcık prototiplerinin şimdiden hazır olduğunu söyleyebiliriz.

 

Sağlık sektörü: şekil değiştiren protezler

Sağlık sektöründe kişinin iskeletine göre önceden programlanarak şekil değiştiren protezler üretmek mümkün. Böylece kazada yaralanan birine yapay dizkapağı takmak oldukça sorunsuz olacak. Bu kapak kişinin hareketlerine göre esneyerek şekil alarak sürtünmeyi azaltacak.

Örneğin akıllı stentler genç bir insana takıldıktan sonra kişi yaşlandıkça şekil değiştirebilir. Bu stentler hem kendini temizleyebilir hem de kalp damarlarının tıkanmasını önleyebilir. Bu durumda yaşlı hastaları ikinci kez ameliyat etme ihtiyacı da ortadan kalkar. Aynı şey kalbe takılan akıllı elektrot kafesleri için de mümkün. Bu elektrotlar kalp kaslarını kontrol ediyor ve kalp ritmi bozukluğunu önlüyor.

Skylar Tibbits konuyu şöyle bağlıyor: “Şimdilik deneme konsepti üzerinde çalışıyoruz. Örneğin bize sadece iki kez şekil değiştirdikten sonra kopmayan, pörsümeyen, sarkmayan, esnekliğini kaybetmeyen, eskiyip yıpranmayan hafızalı iplikler lazım. Ancak bu daha başlangıç. Önümüzdeki yıllarda akla hayale gelmeyen birçok uygulama ihtiyaca göre şekil değiştiren basit 4B baskı malzemeleri sayesinde mümkün olacak.”

4B printer nasıl çalışıyor?

¹DNA Is a Structure That Encodes Biological Information