Küçük-ölçekli akıllı sistemler veya minyatür robotlar her geçen gün daha hassas, daha iyi iletişim kurabilen ve daha hareketli hale geliyor. Mikro-robotlar gözlerdeki oksijen miktarını ölçmekten sindirim sistemindeki hastalıkları teşhis etmeye veya insanların ulaşamadığı bölgelerde keşif yapmaktan çevre temizliğine dek çok sayıda uygulamada başarılı bir performans sergiliyor.
Boyutları 1mm’den birkaç cm’ye kadar değişen mikro-botlar veya mikro-robotlar genel olarak minyatür robotlar olarak tanımlanır. Bu sistemler ancak ultra-küçük sistemlerin başarabilecekleri yeni uygulamalar için geliştirilmekte. Örneğin göze enjekte edilen 2 mm uzunluğunda oksijene duyarlı mikro-botlar, cerrahlara gerçek zamanlı oksijen miktarını bildiriyor; on yıldır kullanılmakta olan hap-kameralar ve robotik kapsül şeklindeki endoskopik tasarımlar sindirim sistemini hiç olmadığı kadar büyük bir hassasiyetle incelebiliyor; santimetre ölçeğindeki sürünebilen ve uçabilen mikro-botlar depremde çökmüş binalarda canlı arayışında kullanılıyor.
Mikro-robotik, nanorobotik ile karıştırılmamalıdır. Nanorobotlar veya nano-botlar nanometre ölçeğindedir ve mikro-botların sahip olduğu sisteme bağlı görüntüleme/açma-kapatma/hissetme becerilerinden yoksundur. Nano ölçekteki moleküler makineler de nanorobotik kategorisi altında değerlendirilir.
Mikro-botlar varlıklarını 20. yüzyılın son 10 yılında geliştirilen mikro-kontrolörlere ve silikon üzerinde minyatür mekanik sistemlere (MEMS) borçludur. Bu arada pek çok mikro-bot, sensörler dışında mekanik parçaları için silikondan yararlanmaz.
Karşılaşılan güçlükler
Bir mikro-botun geliştirilmesinde karşılaşılan en büyük güçlük, çok sınırlı güç kaynağı kullanarak hareket becerisi kazandırmaktır. Mikro-botlar, hareket edebilmek için ya küçük ve çok hafif pil kaynağından yararlanabilirler, ya da çevredeki titreşim veya ışık enerjisi şeklindeki güçle beslenirler. Mikro-botlar şimdilerde güç kaynağı olarak biyolojik motorlardan da yararlanıyor. Bu biyolojik motorlara en güzel örnek kamçılı bir bakteri olan Serratia marcescens’dir. Bakteri, robotik cihazı hareket ettirmek için çevre sıvılardan kimyasal enerji çeker.
Son yıllarda Wi-Fi gibi kablosuz bağlantılar sayesinde, mikro-robotların iletişim kapasitesi son derece artmıştır. Dolayısıyla diğer mikro-botlarla işbirliği içine girerek daha karmaşık görevlerin altından da başarıyla kalkabiliyorlar.
Max Planck Enstitüsü Akıllı Sistemler Bölümü yöneticisi Prof. Dr. Metin Sitti, küçük-ölçekli fiziksel akıllı sistemler, gezgin mikro-robotlar, tıbbi ve doğadan esinlenen minyatür robotlar, mikro/nano-malzemeler ve mikro/nano-manipülasyon konularında dünya çapında ses getiren araştırmalar yapıyor ve bunların bazılarını halihazırda ürün haline getirmiş durumda. Öncelikle bu küçük-ölçekli sistemlerin dünyasını kısaca tanıttıktan sonra Prof. Sitti’nin dergimizin sorularına verdiği yanıtlara bir göz atalım.
Araştırmalarınızın odak noktasının küçük ölçekli akıllı sistemler geliştirmek olduğunu görüyoruz. Bunu bize açar mısınız?
Doğa gibi karmaşık ve değişken ortamlarda çalışabilmek için biyolojik ve robotik sistemler metre/santimetre boyutlarından mikrometre boyutlarına kadar farklı ölçeklerde akıllılığa sahip olmak zorunda. Mikrometre boyutlarında hücreler ve mikroorganizmalar etrafını algılayıp, hareket edip, adaptasyon sağlayarak hayatta kalacak fonksiyonları gerçekleştirebilmekte. Milimetre boyutlarında böcekler, kertenkeleler ve diğer canlılar daha ileri algılama, hesaplama, hareket etme ve öğrenme yeteneğine sahip. Büyük ölçeklerde akıllı sistemlerle ilgili birçok ilerleme kat edildiği halde küçük ölçekli robotlarda ve biyolojik sistemlerde bilmediğimiz çok araştırma konusu var. Ayrıca akıllı küçük robotlar tıbbi uygulamalar gibi insanlık için çok önemli konularda çok ümit verici ve gerekli. Bu yüzlerden araştırmalarımda küçük-ölçekli akıllı sistemlere odaklanmış bulunmaktayım.
Bu sistemleri geliştirmek için hangi disiplinlerle işbirliği yapıyorsunuz?
Robotları küçük ölçeklerde üretip akıllı hale getirebilmek için makine, elektrik, biyomedikal ve bilgisayar mühendislikleriyle, temel bilimlerle (biyoloji ve fizik), malzeme bilimleriyle ve tıbbi bilimlerle yakından işbirliği yapmaktayız. Yani çok disiplinlerarası bir araştırma konusu, çağımızdaki birçok araştırma konusu gibi.
Şu anda hangi projeler üzerinde çalışıyorsunuz?
Bu aralar insan vücudunda rahatsızlık vermeden şu an ulaşılması çok zor ya da mümkün olmayan bölgelerde hastalık tanısı ve tedavisi yapabilecek tıbbi mikro robotlar ve yumuşak akıllı robotlar üzerinde çalışıyoruz. 30 civarı post-doktora araştırmacım ve doktora öğrencim bu hedefle yeni akıllı malzemeler, yeni minyatür robotlar tasarlayıp üretiyor ve bu robotların tıbbi testlerini yapıyor. l
Biz dergi olarak sizi, geko’ların ayaklarının altındaki minik tüylerin özel yapısını açıklayan ve taklit eden araştırmalarınızla tanıdık.. Bu projenizden ne çıktı ve nasıl kullanılıyor?
Geko’dan esinlenen yapıştırıcı tüyler konusunda 10 yıldan fazla bilimsel çalışmalar yaptık ve yapay tüyleri laboratuvarda ürettik. Sonuçlar çok olumlu ve 2009 yılında nanoGriptech adında startup şirketi kurdum Amerika’da ve bu şirket şu an bu malzemeyi ticari olarak üretmeye odaklanmış durumda.
Çalışmalarınızın sonucu olarak piyasaya çıkan veya yakında çıkacak ürünler var mı?
nanoGriptech, Geko’dan esinlenen yeni yapıştırıcı mikro tüyleri, Setex ürünü adı altında, önümüzdeki birkaç yılda piyasaya çıkaracak. Spor, giyim, robotik, araba, uzay ve tıbbi cihazlar gibi endüstri alanlarında bu yeni yapıştırıcı çok yenilikçi radikal etkiler ve yeni ürünler yaratacak. Bu ürün başarılı olduktan sonra ve araştırma sonuçlarımız yeterince olgunluğa ulaştığında önümüzdeki yıllarda tıbbi minyatür robotlarla ilgili startup şirketleri kurup bunları kliniklerde kullanılacak şekilde ürüne dönüştüreceğiz.
Bu mikro sistemlere öğrenme ve algılama yeteneği nasıl kazandırıyorsunuz?
Su an için mikro robotların çoğunu uzaktan kumanda edip öğrenme yeteneğini dışarıdan sağlıyoruz. Bu robotların algılamalarını da ya dışarıdan yapıyoruz ya da robotların üstüne hücreler yapıştırıp bu hücrelerin algılama yeteneğinden yararlanıyoruz.
Sürü halinde mikro robotlar geliştiriyorsunuz, buradaki amacınız nedir ve bunların hareket etmelerini nasıl sağlıyorsunuz?
Tıbbi uygulamalarda çok sayıda mikro robotun kanser ve diğer hastalıklar için ilaçları hedefli bölgelere vermeleri için çalışıyoruz. Yeterli dozajda ilaç verebilmek ve uzaktan tıbbi görüntüleme yöntemleriyle robotları kolayca takip edebilmek için sürü halinde olmaları gerekiyor. Bu sürü halindeki robotları ya uzaktan manyetik alanlarla ya da akustik dalgalarla hareket ettirip yönlendiriyoruz ya da onlara yapışmış hareketli biyolojik hücreler sayesinde hareket ettirip uzaktan manyetik alanla yönlendiriyoruz.
Kendi çalışma alanlarınızı dikkat alırsak, gençlere öğrenim ve araştırma için hangi alanların geleceğinin parlak olduğunu söyleyebilirsiniz?
Çalışma konularımla ilgili olarak şu an tüm dünyada mikro robotik, akıllı sistemler, tıbbi cihazlar, biyoteknoloji, yapay zekâ, yeni minyatür enerji kaynakları ve doğadan esinlenen ve yumuşak yeni malzemeler ve robotlar çok sıcak konular. Yakın zamanda bu konulara ilgi giderek daha da artacak.
Türkiye’deki araştırma merkezleri ile mikro sistemler üzerinde işbirliği yaptığınız projeler var mı?
Koç Üniversitesi’nde Tıp Fakültesi ve Mühendislik Fakültesi’nde ve Boğaziçi Üniversitesi’nde Mühendislik Fakültesi’nde değişik gruplarla ortak çalışmalara başlıyoruz. Umarım böyle ortak çalışmalar Türkiye’deki diğer araştırma kurumlarıyla da mümkün olur.
Uzaktan Türkiye’deki bilimsel çalışmalar nasıl görünüyor?
Ülkemizde başarılı çalışmalar yapan değerli birçok bilim insanımız ve araştırmacımız var. Ama ne yazık ki dışarıdan görülebilen Türkiye’deki başarılı çalışmaların sayısı var olan potansiyelle karşılaştırıldığında görece az. Daha ileri gelişmiş bir ülke düzeyine gelebilmemiz için bilime ve teknolojiye daha çok yatırım yapıp var olan altyapısal, sistemsel, maddi, insan kaynağı ve idari zorlukları ortadan kaldırıp dışarıdan görülebilen başarılı çalışmalarımızı çok daha fazla arttırmamız geleceğimiz için çok önemli.
ABD’de bilim insanı olmak ile Avrupa’da bilim insanı olmak arasında bir fark görüyor musunuz? ABD’nin bilimsel araştırmalardaki liderliğini Çin’e kaptırmak üzere olduğu ile ilgili duyumlar alıyoruz. Sizin görüşünüz nedir?
Bilimsel ortam farklılıkları görece az. En büyük farklılık olarak, Almanya’daki Max Planck Topluluğu dünyada çok özel bir sistem ve ABD’ye ve tüm diğer ülkelere göre temel ve uygulamalı araştırma konularında çok daha fazla miktarda, daha özgürce ve çok daha uzun vadeli araştırma maddi ve altyapı desteği veriyor. Ayrıca Avrupa’nın bilim, akademik ve sanat tarihi ABD’ye göre çok daha uzun ve derin ve bunun getirdiği olumlu bilim kültürü ve geleneği farklılıkları var. Fakat Avrupa’nın bu uzun ve derin bilim geleneği bazen ABD’ye göre yeniliklere uyum sağlamakta yavaş kalmasına neden olabiliyor.
ABD, bilimsel araştırmalardaki genel liderliğini, köklü, uluslararası ve güçlü eğitim ve araştırma sistemiyle kolayca kimseye kaptıracağa benzemiyor. Ama son yıllarda dengeler yavaş yavaş değişiyor. Bir kere 15 yıldır ABD’deki bazı araştırma kurumları uluslararası araştırmacı istihdam etme konusunda daha çekimser. Öte yandan Çin, Hindistan, Avrupa ve diğer ülkelerdeki bilimsel ve ekonomik gelişmelere bağlı olarak birçok uluslararası araştırmacı kendi ülkesine geri dönmeye ve Avrupa’daki ve Çin’deki araştırma programlarına daha çok katılmaya başladı. Dolayısıyla uzun vadede gözle görülür değişmeler olabilir.
Söyleşi: Reyhan Oksay
Bu yazı HBT'nin 72. sayısında yayınlanmıştır.
