Doğadan Tasarıma Biyotaklit

Bu çalışmada doğada bulunan sistemlerin taklit edilerek özellikle nanoteknoloji, robot teknolojisi, yapay zekâ, biyomedikal endüstri ve askeri donanım gibi alanlara uygulanmasını konu alan biyotaklit disiplinini inceleyeceğiz.

Biyotaklit, Latince bios (hayat) ve mimikos (taklit) kelimelerinden türetilmiştir. Doğada bulunan canlı sistemlerin incelenip taklit edilmesini, mühendislik yaklaşımları ile geliştirilerek özellikle nanoteknoloji, robot teknolojisi, yapay zekâ, biyomedikal endüstri ve savunma sanayii gibi alanlarda kullanılacak malzeme, alet, mekanizma ve sistemlere uygulanmasını amaçlayan bir disiplindir.

Ancak günümüzde canlılar dışındaki doğasal/evrensel gerçeklikleri de (varlıklar, oluşlar, durumlar, fenomenler vb.) içerecek şekilde terimin kapsamı genişletilerek "doğa taklit" terimi daha çok kullanılmaktadır.

Bir terim olarak biyotaklit, ilk kez 1982 yılında Merill tarafından kullanılmışsa da bir yazar ve bilim gözlemcisi olan Janine M. Benyus tarafından 1997 yılında yazılan "Biomimicry: Innovation Inspired by Nature" kitabı ile popüler hâle gelmiş ve bilimsel bir disiplin olarak adlandırılmıştır.

Biyotaklitin ana teması; model, ölçü ve prensip/yasa olarak doğadan öğrenilecek sayısız evrensel gerçekliğin olduğudur. Evrende, doğada gözlemleyebildiğimiz ve algılayabildiğimiz varlıklar, durumlar, oluşlar ve olaylara ilişkin evrensel nitelikteki işleyiş esaslarının, karşılaştığımız problemlerin çözümünde etkin kullanabilme yoludur.

Biyotaklit, sorunlara çözüm üretme sürecinde "Doğal örneklerdeki işleyiş esaslarını/prensiplerini, problemin çözümüne nasıl uyarlayabiliriz?" sorusunun yanı sıra "Önceden bulunmuş çözüm örneklerinin başarı eşiğinin aşılmasında veya bunlara alternatif çözümler üretilmesinde ne tür uyarlamalar yapabiliriz?" gibi sorulara da cevap arar.

Aslında pratik bir amaç doğrultusunda belirlenmiş sorunlara çözüm getirmenin bilgi temellerini ifade eden yeni bir bilimsel disiplin kimliğiyle biyotaklitin düşünebilen, imgeleyebilen, tasarlayabilen ve bulunduğu şartlara razı olmayan, sınır zorlayan bir varlık olarak insanın tüm tarihsel gelişim sürecinde bu performansının değişik türlerde örneklerine rastlanmaktadır.

Biyotaklite ait en çok bilinen örneklerden biri, kuşlardan ve böceklerden ilham alarak uçan makineler tasarlayan Leonardo da Vinci'ye (1452-1519) aittir. Vinci kuşların anatomik yapılarını ve uçuş tekniklerini inceleyerek projeler çizmiş ancak bunları o zamanki koşullarda hayata geçirememiştir.

Ancak bu hayal, 400 yıl kadar sonra Wright Kardeşlerin güvercinlerin uçuşundan esinlenerek tasarladıkları ilk hava aracıyla 1903 yılında hayata geçmiştir.

İnsan icadı sandığımız, çağlara damga vuran ve insanlık tarihinde dönüm noktası olmuş pek çok şey, hiçbir telif ücreti ödemeksizin mucit ve bilim insanları tarafından doğadan ilham alınarak tasarlanmıştır.

Doğadaki tasarımların en az malzeme ve enerji ile en fazla verim almaları; kendi kendilerini onarabilme özellikleri, geri dönüşümlü ve doğa dostu olmaları, sessiz çalışmaları, estetik, dayanıklı ve uzun ömürlü olmaları bakımından hayranlık uyandırmaktadır. Mucit, bilim insanı ve araştırmacılar endüstriyel alanda kullanmak için doğadan alınan ilhamla yeni ham maddeler ve ekonomik sistemler geliştirmeyi amaçlamaktadır.

1. Biyolojiden Tasarıma

Örneğin cırt cırtın (Velcro Bandı) ilham kaynağı pıtrak (Xanthium spinosum) tohumlarıdır. 1940'larda İsveçli mucit George de Mestral, köpeğiyle eve dönerken pantolonuna ve köpeğinin tüylerine takılan pıtrak bitkisi tohumlarını fark eder. Mestral tohumları mikroskop altında inceleyince tutunma özelliklerinin yüzlerce minik çengelden oluştuğunu fark eder. Daha sonra bu yapıdan hareketle cırt cırt-velkro bandı denen ürünü üretir.

Biyolojiden tasarıma giderken tasarımcı şu basamakları izler:

1. Doğadaki modelleri keşfetme: Doğadaki canlıları ve ekosistemleri yakından inceleyip gözlem yaparak, bilimsel yayınları tarayarak, biyologlarla fikir alışverişi yaparak, Janine M. Benyus tarafından hazırlanan asknature.org gibi veri tabanlarına ulaşarak keşfetmeyi gerektiren aşamadır.
2. Biyolojik prensipleri soyut hâle getirme: Tüm araştırmalar sonucunda doğada tespit edilen bir form, süreç veya sistem seçilir ve bu aşamada belirlenen strateji tasarımcılara anlatılmak üzere soyut hâle getirilir.
3. Olası uygulamaları düşünme: Tanımlanan çözümün hangi alanda yenilik getireceği ve hangi mevcut problemlere çözüm niteliğinde olabileceği düşünülen aşamadır.
4. Doğanın stratejisini taklit etme: Belirlenen mevcut çözümler bir süzgeçten geçirilerek detaylandırılır. Sürdürülebilirlik çerçevesindeki ilkeler tasarıma dahil edilir.
5. Yaşamın ilkelerini değerlendirme: Çözümün çevreye uyumluluğu, malzeme veya enerji tasarrufu, geri dönüşümü olup olmadığı gibi sürdürülebilirlik ile ilgili konular göz önünde bulundurularak süreç tamamlanır.

2. Tasarımdan Biyolojiye (Biyolojiye Sorma)

Örneğin bir Japon firmasının tasarladığı Bullet treni saatte 200 mile ulaşan hızıyla dünyadaki en hızlı trenlerdendir. Ancak trenin ilk tasarımı, tünelden geçerken hava basıncı değişimiyle büyük bir gürültü çıkarmaktadır. Trenin şef mühendisi ve bir kuş gözlemcisi olan Eiji Nakatsu doğada iki ortam arasında çok hızlı ve sarsıntısız geçiş yapan bir şey olup olmadığını sorgularken yalıçapkını kuşunun gagasından esinlenerek trenin ön ve arka kısmını yeniden tasarlar.

Yalıçapkınının gagası en uçta ince başlayıp kuşun kafasına doğru kalınlaşır. Bu tasarım kuşun havadan, yoğunluk ve direnç açısından çok farklı bir ortam olan suya neredeyse hiç su sıçratmadan dalmasına olanak sağlar. Yapılan bu yeni tasarımı sadece daha sessiz bir tren ortaya çıkarmamış, trenin %10 daha hızlanmasını ve %15 daha az elektrik kullanmasını da sağlamıştır.

Biyolojiye sorarak tasarım yaparken de şu basamaklar izlenir:

1. İşlevi belirleme: "Ne tasarlamamız gerekiyor?" sorusu yerine "Tasarımımızın ne yapması gerekiyor?" sorusuna cevap aranır.
2. Kapsamı tanımlama: Malzeme ve enerji verimliliği, değişen koşullara uyum sağlayabilmesi, yaşam dostu olabilmesi gibi kriterlerin projeye dahil edildiği aşamadır.
3. Problemi biyoloji ile ilişkilendirme: "Doğa bu fonksiyonu nasıl gerçekleştirir?" sorusunun araştırılması aşamasıdır.
4. Doğadaki örnekleri keşfetme: Biyoloji kaynakçaları taranır ve alanında uzman biyologlarla beyin fırtınaları yapılır. asknature.org gibi kaynaklardan araştırma yapılır.
5. Soyutlama: Amaca uygun fonksiyonları gerçekleştiren örnekler sınıflandırılır ve ortak stratejileri değerlendirilir.
6. Doğanın stratejisini taklit etme: Tasarım çözümlemelerinin yapıldığı aşamadır.
7. Yaşamın ilkelerini değerlendirme: Sürdürülebilir; çevreye zarar vermeyen bir anlayışla sonuca varılır.

Kaynaklar

1. www.drawingsofleonardo.org
2. bilisimveteknik.com - Biyotaklit Örnekleri (bilisimveteknik.com/biyotaklit-ornekleri)
3. Wikipedia - George de Mestral (tr.wikipedia.org/wiki/George_de_Mestral)
4. Velcro Tarihçesi (www.velcro.co.uk/about-us/history)
5. George de Mestral - Hall of Fame (www.invent.org/inductees/george-de-mestral)
6. AskNature - Biyotaklit Veritabanı (asknature.org)