Sentetik Vücutlar >> Bilim adamları T-1000 gibi şekil değiştiren robotlar için dokuma tezgahında yapay kas üretiyor

Gelecekte insan kaslarına Superman gücü kazandırmak veya Terminator filmindeki katil robot T-1000 gibi ihtiyaca göre şekil değiştiren inşaat makineleri üretmek mümkün olacak mı? Michigan Üniversitesi mühendisleri, geliştirmekte oldukları yapay kaslarla donatılacak mikro robotlar sayesinde bu senaryonun 20 yılda kısmen gerçekleşeceğini söylüyor.

Michigan Üniversitesi akıllı moleküller yardımıyla elastik zincirler oluşturan mikro parçacıklar geliştirdi. Bu tür mikro zincirlerden oluşan yapay kaslar mikroskobik robotlara (nanitler) ve gelecek kuşak mikro makinelere hareket kabiliyeti kazandıracak. Bu tür kaslarla donatılan makineler duruşunu ve tutuşunu değiştirerek çok sayıda farklı görev üstlenecek ve her iş için ayrı makine geliştirme ihtiyacı ortadan kalkacak.

Örneğin 2045’te bir buldozerin “yapay kasla donatılmış olan kepçe kolu” esneyip uzayarak şekil değiştirecek ve gerektiğinde pratik bir vinç kolu olarak da çalışacak. İnsan kaslarına tel tel enjekte edilecek olan yapay kas lifleri ise bir gün işçilerin tıpkı dış iskelet kullanır gibi Superman gücü ve çevikliği kazanmasını sağlayacak.

Peki bilim adamları neden nanitler ve mikrobotlar (kum tanesi büyüklüğündeki robotlar) üretmek istiyor? Bunlar otomotiv sektöründe kullanılan robotlar veya Honda’nın Asimo modeli gibi insana benzeyen androitler karşısında neden avantajlı? Hedef gen mühendisliğine başvurmadan süper asker geliştirmek mi? Yoksa Michigan Üniversitesi’nin başka bir amacı mı var?

 

 

Mikrobot çağı

Bilim adamlarının mini yapay kaslar geliştirmek istemesinin asıl sebebi gözle görülemeyecek kadar küçük robotlara mobilite sağlamak. Bunun da birçok faydası var. Örneğin nanitler ilaç sektöründe kullanılacak. Vücuda serum gibi enjekte edilen ve kan damarlarında dolaşan nanitler ilacı hastalıklı bölgeye doğrudan taşıyarak hastayı aşırı doza bağlı yan etkilerden koruyacak.

Nitekim bu tür bir teknoloji standart kemoterapi ilaçlarının tümörlere doğrudan ulaştırılmasını sağlar ve her seferinde bütün vücuda ilaç verme ihtiyacını ortadan kaldırırdı. Böylece kanser hastaları da bağışıklık sisteminin çökmesinden kaynaklanan komplikasyonlardan kurtulurdu. Elbette aynı şey aşırı kullanıldığında karaciğeri zayıflatan baş ağrısı ilaçları için de geçerli. Kısacası nanitler hapların tarihe karışmasını sağlayabilir.

 

 

Hiç eskimeyen eşyalar

Kum tanesi büyüklüğündeki mikro robotlar ise yapay kaslar sayesinde kendini onaran motorlar, duvarlar ve otomobillerde kullanılacak. Böylece insan vücudu gibi kendini yenileyerek iyileştiren eşyalar üretebileceğiz.

Bu gelişmenin bakım ve onarım masraflarını azaltarak imalat sanayisi ve yedek parça üretiminde devrim yapması bekleniyor. Öyle ki birçok durumda eskiyen parçaların “gençleşmesi” ve yedek parça ihtiyacının azalması söz konusu.

En basitinden ekranı kırılan akıllı telefonun kendini onardığını düşünün. Bu tür teknolojilerin sizi telefonu tamir etmeden geri yollayan teknik servislerle uğraşmaktan kurtaracağını söyleyebiliriz.

 

 

Donanım güncelleme

Bugün de kendini onaran boyalar ve akıllı plastikler geliştiriyoruz ama bu teknolojinin bir eksiği var. Makineler ve motorlar gibi hareketli parçalardan oluşan sistemler kendini onaramıyor. Aynı şey bilgisayar parçaları ve elektromekanik sistemler için de geçerli.

Oysa kendi arasında lego gibi birleşen mikro robotlardan yararlanarak kendini ihtiyaca göre özelleştiren donanımlar üretebiliriz ki bu da arızalı ekran kartını onarmakla sınırlı değil. Bizzat donanımın kendini yenileyerek değiştirmesinden söz ediyoruz.

 

İnternetten yeni bir ekran kartı şeması indirdiğinizi düşünün. Bunun için bilgisayarcıya gidip büyük olasılıkla defolu olan pahalı bir ekran kartı satın almıyorsunuz. Bunun yerine sisteminiz ucuza indirdiğiniz şemayı kullanıyor ve bilgisayar kasasındaki mikro robotlar iki yıl önce taktığınız ekran kartını şekillendirerek yeni modele dönüştürüyor.

Bilgisayar devrelerini şekillendiren mikrobotların ve aynı zamanda transistor teli işlevi gören yapay kasların gelecekte bilgisayar kasasının içindeki mikro 3B printerlarda basılacağını dikkate alırsak şekil değiştiren işlemcilerin henüz geliştirme aşamasındaki makul bir teknoloji olduğunu söyleyebiliriz.

 

 

Temizlikçi derdine son

Peki temizlikçi robotlara ne dersiniz? Bu minibotları (aslında bir tür akıllı toz) eve tuz gibi serpeceksiniz. Onlar da elinizin erişemediği yerlere girip halıyı alerji yapan akarlardan temizleyecek ve kıyıda köşede kalmış yerlerin tozunu alacak. Pantolon ve ayakkabılar bile fırça gerektirmeden kendini temizleyecek.

Mikrobotlar bizi gündelikçi tutma zorunluluğundan da kurtaracak. Böylece hanımlar eve yabancı sokmak gibi bir risk almadan veya söz dinlemeyen gündelikçilerle uğraşmadan, aslında kendileri de pek uğraşmadan yaşam alanlarını temiz tutabilecek.

 

 

Bu konudaki tek risk mikro robotlardan oluşan akıllı tozun aynı zamanda kum tanesi büyüklüğündeki binlerce sensör içermesi. Akıllı toz hem ciğerlerimize nüfuz ederek bizi hasta edebilir hem de evdeki her şeyi izleyen yaygın bir gözetleme sistemi oluşturabilir. Elbette akıllı tozu ilaç olarak kullanmak da mümkün.

Akıllı tozun özel versiyonları astım ilacı işlevi görerek akciğerlerdeki hava kanallarını ve tıkalı burun deliklerini açabilir ve bir gün organlarımızı onarabilir. Kısacası elektrikli mini yapay kaslar kullanan mikrobotlar sayesinde elimizde pek çok seçenek var ve T-1000 gibi şekil değiştiren robotlarla insan vücuduna Superman gücü kazandıran yapay kaslar üretmek gibi çözümler aslında arkadan geliyor.

 

 

Süper askerler

Her halükarda asıl devrim insan vücudunda yaşanacak. Kaslarımıza özel kimyasallar enjekte edeceğiz ve bunlar da canlı kas dokusunun içinde ek kas lifleri oluşturarak kasların bıçak darbelerine dayanıklı olmasını sağlayacak. Böylece yaralanma vakaları azalacak ve ağır yükleri fıtık olmadan kaldırabileceğiz.

Özünde akıllı kaslar motorları ve makineleri çalıştırmak için bizi çarklar, dişliler, kollar gibi pahalı metallerden üretilen ağır ve hantal sistemler kullanmaktan kurtaracak. Bu da demir dışındaki metallerin tükenmek üzere olduğu dünya ekonomisinde üretim maliyetlerinin azalması anlamına geliyor:

 

 

Geleceğin dünyasında androitler hastabakıcılık ve arama-kurtarma gibi sınırlı alanlarda kullanılacak. Dünyada 7 milyar insana zor kaynak ayırdığımız için gezegenimizi Asimov’un Robot romanlarındaki Solaria gezegeninde olduğu gibi yüz milyonlarca androitle doldurmamız imkansız.

Evet, Afrika ve Asya’yı tehdit eden açlık problemi varken bir de androitlere yedek parça sağlamakla uğraşamayız; ama artan nüfusu desteklemek için otomasyondan yararlanmak da şart, yani yeni robotlar üretmek zorundayız.

Bunun için her deliğe giren mikrobotlar ve nanitler geliştirmemiz gerekiyor. Düşük maliyetli ve verimli robotlar ancak bu saniyede yaygınlaşabilir ve insan gücünün yerini alabilir. Sonuçta yapay kaslar insan gibi koşup zıplayan ve engebeli arazide devrilmeden yürüyen becerikli robotların önünü açacak.

 

 

Asıl sorun mobilite

Oysa bugüne kadar mikroskobik nanitlerin bir sorunu vardı: Mobilite. Molekül boyutundaki sistemlere kol, bacak, çark ve dişli gibi hareketli parçalar yerleştirmekte zorlanıyorduk.

Mini makineler üretsek bile bunların küçük parçaları ortam sıcaklığına aşırı duyarlı oluyor ve yaz sıcağında ya da karda kışta hemen bozuluyordu. Kısacası robotları klimalı laboratuarlardan çıkarıp oturma odasına getirmek zordu.

Ancak bütün bunlar doğal sistemleri yeterince anlamamaktan kaynaklanıyor. Oysa doğa, başta insan vücudu dediğimiz organik makineler olmak üzere bütün canlılarda mikroskobik robotlar kullanıyor. Bunlara canlı hücreler diyoruz ve bu hücrelerin hareketli parçaları da RNA, DNA ve protein zincirleri gibi akıllı molekülerden oluşuyor.

 

 

Organik makineler

İnsan vücudu da aşırı sıcağa ve soğuğa uzun süre dayanamıyor, fakat vücudumuz bugün üretilen nanit prototiplerinden çok daha sağlıklı çalışıyor. Örneğin palto giyerek kış soğuğuna çıkabiliyoruz. Oysa Honda’nın robotu Asimo’yu kış günü palto giydirerek çalıştıramayız. Hemen bozulur.

Mikroskobik su ayıları (tardigrat) gibi diğer canlı türleri ise -90 derece soğukta donduktan ve yaprak gibi kuruduktan sonra hava ısındığında ve yağmur yağdığında hayata geri dönüyor (bazı durumlarda 3000 yıl sonra).

Oysa su ayılarının vücudu basit bir dikiş makinesi gibi çarklar ve dişlilerden oluşsaydı bu mümkün olmazdı. Ancak hayvanlar canlı hücrelerden oluştuğu ve hücreler de akıllı moleküller kullandığı için bu mümkün.

 

 

Süper dayanıklı canlılar

Buna ekstremofilleri, yani insanı kısa sürede öldürebilecek olan zehirli ortamlarda yaşayan bakterileri eklediğimizde, esnek molekülleri ve bu molekülleri kullanan canlı hücreleri taklit etmenin mikroskobik robotlar geliştirmek için en iyi çözüm olduğunu görüyoruz.

Michigan Üniversitesi de işte bundan yola çıkarak akıllı moleküller sayesinde kendi kendine zincir oluşturan özel parçacıklar geliştirdi. Bunlar gerçek kas lifleri gibi çalışan yapay kaslar oluşturuyor ve mikroskobik makinelerle robotların hareketli parçalarını meydana getiriyor.

 

 

Nasıl çalışıyor?

Michigan Üniversitesi bilim adamları insan saçının yüzde biri kalınlığındaki mikro parçacıkları alarak makinede ip gibi geriyor ve bu mini çubukların bir ucunu altınla kaplıyor. Ardından mini parçacık çubuklarına elektrik akımı veren araştırmacılar bunların esnek zincirler oluşturmasını sağlıyor. Saç telinden daha ince olan mini zincirler insan vücudundaki kas lifleri gibi çalışıyor.

Oysa bu daha başlangıç: Her ne kadar mühendislerin amacı mikrobotlar için mini kaslar geliştirmek olsa da yukarıdaki işlemin defalarca tekrarlanmasıyla insan pazıları gibi büyük kaslar üretmeyi de planlıyorlar. Böylece hem androitler için yapay kas imal etmiş olacaklar hem de gelecekte bu teknoloji ile insan kaslarını takviye ederek vücut geliştiricilere süper insan gücü kazandıracaklar. Bu bol para getiren bir meslek olabilir. 🙂

 

 

Ölümsüzlük

Regülasyonlar ve etik düzenlemeler yakın gelecekte buna izin verir mi bilemeyiz ama yapay kas liflerinin elektrik verildikçe nasıl büyüyüp uzadığını aşağıdaki videoda görebilirsiniz. Yapay kaslar sayesinde tümüyle insana benzeyen robotlar üretebileceğiz. Ne çelik iskelete ne de pnömatik veya hidrolik pistonlara gerek kalacak.

Organik plastik iskelet ve yapay kas kullanan robotlar süper hafif olacak. Aynı zamanda insan vücudu gibi çevik ve dengeli hareket edecek. Üstelik üretim maliyetleri de ucuzlayacak. Elbette buna daha zaman var. En az 40 yıllık bir Ar-Ge sürecinden söz ediyoruz ama 40-60 yıl içinde Uzay Yolu’ndaki Data gibi androitleri veya aslında sentetik olarak üretilmiş organik robotlar olan Cylonları (Battlestar Galactica) sadece birkaç yüz dolara imal edebiliriz.

Bu teknolojiden yararlanan insanlar kendi vücutlarını gençleştirebilir ve hatta donanım bazında sürüm yükselterek 2060’tan itibaren süper vücutlar kullanmaya başlayabilir. Rus işadamı Dimitry Istkov bu çılgın projeye kafayı takmış durumda ve zihnini yapay bir vücuda naklederek ölümsüz olmak istiyor.

 

 

Süper askerler ne zaman?

Süper insan kası üretmek şimdilik mümkün değil. Bunun nedeni de makinede üretilen yapay kas liflerinin insan kası kadar güçlü olmaması. Şimdilik yazının başında anlattığımız mikrobotlar için mini yapay kaslar geliştiriyoruz. Ancak ileride insan boyundaki robotlar için de kas üreteceğiz.

Elbette bu robotların insana benzemesi şart değil. Otomotiv sektöründeki robot kolları yapay kaslarla donatabiliriz veya bugün felçlileri ayağa kaldıran ya da askerlerin dağda keçi gibi zıplayarak ağır yük taşımasını kolaylaştıran dış iskeletlerin plastik kaslarla çalışmasını sağlayabiliriz. Bu tür sistemler çok az elektrik tüketeceği için dış iskeletin pil ömrünü de uzayacaktır.

Crysis video oyunlarındaki “nanosuit” buna en iyi örnek: Nanosuit, şekil değiştiren bilgisayar devreleri ile yapay kaslardan oluşan ve insan vücuduna DNA düzeyinde entegre olan bir tür dış iskelet ve nanosuit’in tasarlandığı 2007 yılından bu yana söz konusu hayal göze daha gerçek görünüyor. Michigan Üniversitesi haberinde gördüğümüz gibi teknolojik gelişmeler gittikçe hızlanıyor ve yepyeni imkanlar yaratıyor.

 

 

Gerçeğe dönüş:

Kimya profesörü Michael Solomon konuyla ilgili açıklamasında mikroskobik robotlardan esinlendiklerini söylüyor: “Mikrobotlar birlikte çalışarak daha önce mümkün olmayan yerlere girebilirler.”

“Hatta ihtiyaca göre şekil değiştirebilir ve koşmak veya yük kaldırmak için gereken özelliklere sahip olan özelleştirilmiş kaslar üretebilirler. Böylece yük taşıyan veya yasak bölgede devriye gezen mini robotlar geliştirebiliriz. Tıpkı işçi karıncalar ve asker karıncalardan oluşan bir karınca sürüsü gibi farklı görevler üstlenen robotlar üretebiliriz.”

 

 

Profesör Solomon ve ekibi saç telinden yüz kat ince olan yapay kas bileşenlerini yüzde 36 oranında uzatabildiklerini gösterdi. Bir ucu altın kaplı olan parçacıklara elektrik verildiği zaman bunları lastik gibi çekip uzatıyor ve aynı zamanda ip gibi birbirine bağlayarak kas lifleri oluşturuyorlar. Yakında bu teknik dokuma tezgahlarında yapay kas üretmek için kullanılacak.

Kimya mühendisliği bölümünden Profesör Sharon Glotzer da gelecekten umutlu ve “Nanoteknoloji alanındaki asıl önemli gelişme mikroskobik makineler üretmek değil, ihtiyaca göre şekil değiştiren mikroskobik makineler üretmek” diyor.

Gerçekten de Glotzer ile ekibinin bu projenin beyni olduğunu söyleyebiliriz. Çünkü mini dokuma tezgahlarında “dokunan” mikroskobik kasları onlar tasarlıyor. Bunun için üniversitenin ayrı bir odasında süper bilgisayar kullanarak molekül simülasyonları yapıyorlar.

 

 

İlaç sektörü ve makine mühendisliği birleşiyor

Bu söz makine mühendisliğinin 30 yıllık yol haritasını net bir şekilde ortaya koyuyor: Yapay kaslar tasarlamak için ilaç sektöründe olduğu gibi molekül simülasyonları yapmak gerekiyor. Bugünkü robotlardan çok daha çevik olan insan vücudunda çarklar ve pistonlar olmadığına göre doğayı taklit eden teknolojilerin doğru yolda olduğunu söyleyebiliriz.

Profesör Solomon’la çalışan doktora öğrencesi Aayush Shah yeni gelişmelerden son derece memnun: “Şekil değiştiren sistemler tasarlamak insan kasları gibi kasılan ve esneyen yapay kaslar üretmek açısından önemli. Biz de bunu mini lego blokları gibi birleşen mikro parçacıklarla, yani akıllı toz taneleriyle yapıyoruz.”

“Bu parçacıklar oyun bahçesindeki çocuklar gibi davranıyor. Kendi başlarına ilginç yapılar ve mikro zincirler oluşturuyor ama faydalı bir şey yapmaları için başlarına bir öğretmen koymak lazım. Biz de bilgisayar simülasyonları ile bunu yapıyor ve parçacıkları istediğimiz zincirlerle şekilleri oluşturmak için yönlendiriyoruz.”

 

 

Küçükten başladılar

Araştırmacılar işe saç telinden yüz kat ince olan toz tanecikleriyle başladı. Ardından bu parçacıkları lastik gibi iki ucundan çekerek uzattılar ve Amerikan futbol topuna benzeyen oval bir şekil almalarını sağladılar. İkinci aşamada parçacıkların bir ucunu altınla kapladılar ve bunları tuzlu suya batırdılar.

Sporcu içeceğinden yüzde 50 daha az tuz içeren çözelti, parçacıkların 50-60 elemandan oluşan mikro zincirler oluşturmasını izin verdi (parçacıkların bir ucunun altınla kaplı olması, bunların elektrik yükü etkisiyle birleşip zincirler oluşturmasını sağladı). Üstelik tuzlu suya alternatif elektrik akımı verildiğinde parçacık zincirleri daha da uzayarak yapay kas lifleri oluşturdu.

 

 

Şekil değiştiren bilgisayarlar

Glotzer’ın belirttiği gibi, “Bu zincirler kas lifleri gibi esniyor. Belirli bir yönde hizalanan fiberler genişleyip kasılarak kas hareketleri yapıyor.” Her ne kadar yapay kaslar şimdilik insan kasından 1000 kat zayıf olsa da bunlar mikrobotları hareket ettirmek için yeterli.

Profesör Solomon parçacıkların marifetlerini şöyle açıklıyor: “Sulu çözeltide yüzen parçacıkların yük kaldırmasını, hareket etmesini, kısacası biyolojik kasların yaptığı her şeyi yapmasını sağlıyoruz. Mini robot kasları üretmemize daha yıllar var ama şimdiden şekil değiştiren elektronik devreler üretebiliriz.”

 

 

“Bu da ileride şekil değiştirerek kendini güncelleyen bilgisayar işlemcilerinin önünü açacak. Sonuç olarak parçacık zinciri dediğimiz şeyler bildiğimiz tel ve bunlardan yararlanarak kendi kendini konfigüre edebilen elektronik devre telleri de imal edebiliriz.”

İnsan beyni de yeni tecrübeler edindiğimizde beyin kabuğunda yeni sinir ağları oluşturuyor. İnsan beynindeki sinir ağlarını yenilemek veya zamanla yaşlanan beyni şekil değiştiren bilgisayar teknolojisiyle takviye etmek bu yüzden önem taşıyor. Bu tür sistemlerin yaşlılığa bağlı bunamadan kafa travmasına kadar birçok farklı alanda beyin hasarını onarabileceği görülüyor.

 

 

İşin sonuna bakmalı

Sizi bilmem ama bu bana biraz da Uzay Yolu’nda insanları zorla siborga dönüştüren Borg implantlarını hatırlattı. Borg devreleri de vücuda girer girmez kendini insan beynine bağlıyordu. Gerçekten de yapay kas lifleri sayesinde insan beynine ve organlarına çip takmak kolaylaşıyor.

Bugün gen tedavisine ek olarak beyne ve omuriliğe takılan kontrol çiplerinin felçli hastaları ayağa kaldırdığını dikkate alırsak önemli bir gelişmeden söz ediyoruz. Bu tür çipler aynı zamanda kablosuz telepati teknolojisinden yararlanıyor ve engellilerin ev eşyalarını kablosuz yerel ağlar üzerinden düşünceleriyle çalıştırmasını sağlıyor.

Doğrusu geleceğin dünyası freni patlamış bir kamyon gibi hızla yaklaşıyor ve uygarlığı kökünden değiştirecek fantastik imkanları da beraberinde getiriyor.

 

 

Mikro robotlar için elektrikle çalışan yapay kaslar