Organik Beyinli LEGO Robot Yapıldı!

Bu yazı, 27 Mart 2022 tarihinde yayımlanan Bebar Bilim videosunun metninden uyarlanmıştır. Güncel gelişmeler içeren değerlendirmeler özgün yayın tarihinin bağlamındadır.

Carver Mead. Bir bilgisayar bilimcisi. 1997 yılında bir konuşma yapıyor. Normalde kendisinden bilgisayarlarla, yapay zekayla ya da alanı ile ilgili bir çalışma hakkında konuşmasını beklersiniz. Ama California Teknoloji Enstitüsünde bir araştırmacı olan Mead ilginç bir konu seçiyor. Hayvanların sinir sistemleri. Özellikle sineklerin. Evet. Bu konuşmasında daha önce de üzerinde çalıştığı ve nöromorfik bilişim adını verdiği bir teknikten bahsediyor. Önerisi de sinir hücrelerinden ilham alan bir elektronik sorun çözme sistemi.

Nöromorfik ne demek onu bir açalım önce. Nöromorfik bir sistem adından da anlaşılacağı üzere “neural” yani sinirsel kökü ile “benzer” anlamına gelen morphic ekinden türetilmiş, temelde canlıların sinir sisteminde bulunan biyolojik yapıyı taklit eden entegre devrelerden oluşan büyük ölçekli tüm sistemlere nöromorfik sistem diyoruz. Nöromorfik çip de deniyor bu sistemlere. Daha da anlaşılır bir şekilde “akıllı işlem ünitesi” diyebiliriz. İşte Carver Mead de bundan 25 yıl kadar önce canlıların mimarisini taklit eden bu tip akıllı işlem üniteleri tasarlayabileceğimizi söylemişti.

Fikir tabi çok güzeldi ama o zamanlar bunun olasılığını bile düşünmek biraz çılgıncaydı. O nedenle sıradan bir konferansta konuşulmuş biraz uçuk bir fikir olarak kıyıda köşede kalmıştı. Ama işte 25 yıl sonra geçtiğimiz günlerde araştırmacılar bir labirentten nasıl çıkacağını kendi kendine öğrenebilen bir nöromorfik bilgisayar tasarladılar. Bu aslında bildiğimiz bir “organik robot beyindi”… Bu çalışma gerçekten devrimsel bir çalışma. Hem öneminden hem de bu alana ilgi duyan ve kendini geliştirmek isteyenler için teknik detaylarından bahsedelim istiyorum.

Bahsettiğimiz nöromorfik yani akıllı çipleri biraz incelediğimizde çalışma mantıklarının canlı beyni ile çok benzer olduğunu görebiliriz. Beyin yeni bir şey öğrendiğinde mesela nöronlar bağlantılarını yeniden düzenleyerek daha hızlı iletişim kuracak şekilde yeniden tasarlarlar. Nörobilimde de bir deyim vardır Neurons that fire together wire together, yani “birlikte çalışan nöronlar birbirlerine bağlanırlar”. Biz normal bir robot veya makineyi düşündüğümüzde aklımıza tabi sabit elektrik devreleri gelir. Ama işte nöromorfik çipe sahip bir “şey” yeni bir şey öğrendiğinde işte elektrik devrelerini de dinamik bir şekilde yeniden tasarlayarak bu öğrendiği davranışı kayıt altına alır. Ne gibi? Evet. Beynimizin bir anı oluşturması gibi…

Bunu mu yaptılar yani? Evet… Bunu yapmaya başladılar diyebiliriz.

Tabi biraz geçmişe gidersek “insan beynini andıran” bilgisayarlar yeni bir fikir değil. Çok uzun süredir insanlığın rüyalarını süsleyen bir olgu bu. Fakat bu çalışmada Almanya’daki Max Planck Enstitüsünde Polimer Araştırmaları bölümünden Paschalis Gkoupidenis öncülüğündeki ekip bu teknolojiyi “organik maddelerden” üreten ilk ekip oldular diyebiliriz. Çipi üretmek için de karbon bazlı moleküllerden oluşan bir tür polimer kullandılar. Bu polimer de canlı dokuya çok benzer bir şekilde davranıyordu. Bu maddenin gerçek nöronlar gibi elektrik yükünü taşımasını sağlamak için de bu organik maddeyi iyon açısından zengin bir tür jel ile kapladılar. Bu sayede biyolojik süreçleri daha özgür bir şekilde taklit edebildiler.

Bu çalışmadan önce de yine aynı çalışmada görev almış bazı isimler organik polimerlerin eski durumlarını kaydederek bir anlamda “hatırlayabildiklerini” kanıtlamışlardı. Yani polimerler örneğin bir labirentten kaç adımda çıkabileceği gibi bilgileri hatırlamayı başarıyorlardı. Ve son çalışmada araştırmacılar işte bu organik maddeyi alarak bildiğimiz bilgisayarlarda kullanılana çok benzeyen transistörler ürettiler ve bu transistörlerle bir devre oluşturdular. Ortaya da bir tür “beyin çipi” çıktı ve bu yapay beyin de çevredeki sinyalleri algılayarak çevresine uyum sağlayabiliyordu. Ve hangi yöne gitmesi gerektiğini öğrendiğinde bu devreler monte edildikleri robota çok hassas hareket komutları gönderiyordu.

İşin ne kadar ciddi olduğuna dair sanırım herkesin kafasında bir şeyler canlanıyordur. Organik transistörler… Bu transistörlerle tasarlanmış devreler… Ve bu devreler kullanılarak oluşturulan robotlar… Organik… Robotlar… Çalışmayı geçtiğimiz aylarda Science Advances dergisinde yayımlayan ekip bu teknolojilerini denemek için de en uygun yerin bir labirent olduğuna karar verdiler haliyle. Zira bir labirent başarı veya başarısızlık ile ilgili anında geri dönüş alabileceğiniz oldukça gerçekçi bir simülasyon. Robot eğer labirentten çıkabilirse başarılı olmuş ve en önemlisi bir şeyler öğrenmiştir. Çıkamamışsa öğrenememiştir.

Bu arada ellerindeki bu organik devreyi kullanmak için de sizin de piyasadan alabileceğiniz Lego Mindstorms model bir oyuncak robotu tercih ettiler. Tabi ucuz bir oyuncak değil bu. Ben de Lego Technic modellerine çok meraklı biri olarak hemen kontrol ettiğimde 10 binlerce liralık bir fiyat etiketi görünce üzülmüştüm. Ama tabi bu çok önemli proje için hiç de önemli bir fiyat değil bu. Bu robotu tercih etmelerinin sebebi dokunma ve görme ile ilgili sinyalleri kaydedebilmesi ve iki tekerlekle hareket edebilmesiydi. Bu oyuncağı biraz modifiye ederek tabi kendi organik çiplerini yerleştirdiler ve herhangi bir komut vermeden bir peteği andıran ve bazı engeller bulunan bir labirentin içine saldılar.

Başlamak amacıyla robot sürekli sağa dönecek şekilde ayarlandı. Fakat sonunda tabi bir duvarla karşılaştığı için bir anlamda “burnu duvara çarptı”. Ve robota dokunduğunuzda veya bir yere çarptığında sensörler bu sinyali organik devreye taşıyordu. Buna uygun şekilde aynı nöronlarımızın bir uyarı algıladığında kendisini yeniden düzenlemesi gibi polimere uygulanan elektrik direnci düşürülüyordu. Bu sayede polimerden daha fazla voltaj geçiyor ve maddede bulunan iyonlar daha fazle enerji yüklenerek devrenin diğer tarafına hareket ediyordu. Hareket ve iyonların toplantığı yere göre de robot farklı bir karar alıyordu.

Örneğin baştan verilen sürekli sağa dön ayarını yok sayıp takıldığı yerde artık farklı bir yön tercihi yapıyordu. Bu sayede robot öğreniyordu. Her yanlış yaptığında ya duvara çarpıyor ya da araştırmacılardan bir anlamda kafasına bir darbe yiyordu. Bu şekilde yaptığı yanlışları hatırlayarak sürekli baştan başlayan robot en sonunda, 16. denemesinde labirentten çıkmayı başardı. Çalışmada yer almayan ama çalışmadan büyük heyecan duyduğunu söyleyen bir elektrik mühendisliği profesörü Arindam Basu şöyle söylüyor “bu aslında bir çocuğun öğrenme sürecine çok benziyor. Hata yaptıkça ne yapmaması gerektiğini öğreniyor”

Tabi burada çok çok temel bir görev söz konusu. İkili bir karar sistemi, sağa ya da sola dönmeye karar vermesi gereken bir robot var karşımızda. Ama adımları biraz daha artırmayı, kararları biraz daha karmaşıklaştırmayı da düşünüyorlar. Tekrar hatırlatmakta fayda var. Robota önceden ilk başlangıçtaki sağa dön komutu dışında daha sonra ne yapacağı asla söylenmiyor. Onlarca adımı kendisi çözümlüyor, yüzlerce karar alıyor bu süreçte. Kendi başına.

Bir de işin bir sonraki aşamasında şu var. Aslında çok çok önemli olsa da, zira robotun beyninden bahsediyoruz, sadece çipinin organik olması çok heyecan verici gelmeyebilir. Fakat bir sonraki aşamada robotun diğer bileşenlerini de organik maddelerle değiştirmeyi düşünüyorlar. İşte bu çok uzun süredir konuştuğumuz bazı devrimlerin kilidini açacak gelişme olabilir.

Zira her şeyi organik olan bir robot da en nihayetinde “biyo-uyumlu” olacaktır. Yani, evet. Cyberpunk’a hoş geldiniz. Bu organik makineler insan bedenine entegre edilebilecek duruma gelebilirler. Bununla alakalı büyük senaryolar yazmadan önce ilk aşamada ne tür sorunlara çare olabileceğini konuşabiliriz. Sinir sistemi ile alakalı birçok sorunu veya yaralanmalar ya da kısmi ve tam felç açısından çare olabilir. Bunun için vücudu tamamen saran mekanizmalar kontrol edilebilir.

En güzel tarafı bu nöromorfik çipler normal çiplerden çok daha az enerji ile çalışabilir. Benzer boyutlardaki standart silikon çipleri açmak için 10 volt gibi bir elektrik gerekirken nöromorfik çiplerde 0.5 volt gibi düşük bir seviye yeterli. Güç de voltaj ile doğru orantılı olduğu için sistem genel olarak çok daha az enerji ihtiyacı duyuyor. Araştırmacılar bu çiplerin üretiminin de silikon sistemlere göre çok daha ucuz ve kolay olduğunu söylüyorlar.

Özellikle bu düşük enerji ihtiyaçları ve uyum sağlama yetenekleri ile bundan kısa bir süre sonra dünyanın öbür ucunda kendi başına çalışan robotlar görmeye başlayabiliriz. Ya da belki de başka bir gezegende. Bizim için kendilerine verilen görevleri yapan… Bir arı boyutunda olanlar da kolonileştirmeyi planladığımız marsta yetişecek bitkilere polen taşımaya başlayabilir.

Bazı teknolojilerin bizi nereye götüreceğini algılamak çok güç olabilir. Bu teknolojide de bu potansiyeli görüyorum ben. Birileri bizim aklımıza bile gelmeyecek kullanım alanları görecek, bizim hayal bile edemeyeceğimiz uygulamalar tasarlayacak gibi geliyor bana. En güzeli de teknoloji sayesinde sınırımızın hayal gücümüz olmaya başlaması galiba. En değerli hazinemizi kullanmamıza olanak sağlaması…