Mantarların Elektriksel Sinyalleriyle Kontrol Edilen Biyohibrit Robotlar

Nazik Robotlara İhtiyaç

Fabrika gibi kontrollü ortamların dışında çalışacak robotların, hareketlerini hassas biçimde kontrol edebilmesi ve nesnelere zarar vermeden temas edebilmesi gerekir.

Bunun için özellikle dokunmayı algılayan hassas sensörlere ihtiyaç duyulur. Bazı elektronik sensörler karmaşık veya kırılgan olabilir; zorlu koşullarda uzun süre güvenilir kalmaları güçleşebilir. Malzeme seçimi de maliyet ve çevresel etkiyi belirler. Ancak bütün dokunma sensörlerinin nadir toprak elementleri gerektirdiği söylenemez.

Biyolojik sistemler ise şekerler ve proteinler gibi bileşenlerden oluşan karmaşık yapılarla çevrelerini sürekli algılar.

Son yıllarda robotları geliştirmek için biyolojiden yararlanma eğilimi güçlendi. Canlıların yapı ve işlevlerini yapay malzemelerle taklit etmeye biyomimetik denir. Bunu “Robotik Doğadan Nasıl İlham Alabilir?” başlıklı yazımızda ele aldık.

Başka bir yaklaşım olan yumuşak robotikte, hareket sağlayan bileşenler ve temas yüzeyleri esnek malzemelerden yapılır; bazıları 3D baskıyla üretilir. Örnekleri “Köpük Akışkanları Yumuşak Robotiğe Nasıl Katkı Sağlayabilir?”, “İnsan Eli Gibi: Yeni Eklemeli Üretim Yumuşak Robotiği Gerçeğe Yaklaştırıyor” ve “Manyetik Jel Kapsülleri Robotik ve Tıbbı İlerletebilir” başlıklı yazılarımızda anlattık.

Peki biyolojik yetenekleri yapay malzemelerle taklit etmek yerine canlı dokuları robotik sistemlere doğrudan dahil edersek ne olur?

Cornell Üniversitesi ve Floransa Üniversitesi araştırmacıları bu yaklaşımı mantarlarla denedi. Science Robotics dergisinde yayımlanan “Mantar Miselyumlarının Elektrofizyolojik Ölçümleri Aracılığıyla Robotların Duyusal ve Motor Kontrolü” başlıklı çalışma, mantarların elektriksel etkinliğinin robot kontrolünde kullanılmasını anlatıyor.

Mantar Biyoelektrik Sinyalleri

Mantarlar karmaşık canlılardır. Miselyum, hif adı verilen ince ipliksi yapılardan oluşan ağdır ve elektriksel etkinlik gösterebilir. Işık ve kimyasal uyaranlar bu etkinliği etkileyebilir. Bu özellikler, robotlarda kullanılabilecek biyolojik algılama sistemleri için araştırılmaktadır.

Bir Biyorobotu Hayatta Tutmak

Önceki araştırmalarda da laboratuvarda yetiştirilen kaslar gibi canlı dokular robotlara dahil edildi. Bunu “Kas Tabanlı Aktüatörler Robotik Çözümlerin Potansiyelini Artırabilir” yazımızda ele aldık.

Ancak birçok dokuyu bir robotun içinde canlı ve işlevsel tutmak zordur. Uygun sıcaklık, nem ve besin gerekir; kirlenme ve enfeksiyon da sorun yaratabilir. Geleneksel robotların elektronik ve mekanik parçaları aynı biyolojik bakım koşullarına ihtiyaç duymaz.

Kas dokusu sağlığını kaybederse robotun hareket kabiliyeti de azalabilir.

Mantar miselyumları bazı zorlu çevre koşullarına dayanabilir. Bu özellik, onları bazı hayvan dokularına göre avantajlı kılabilir; ancak tüm türlerin her ortamda dayanıklı olduğu veya kontaminasyondan etkilenmediği anlamına gelmez.

Miselyumların çevresel uyaranlara verdiği tepkiler, biyolojik algılama için araştırma konusu oluşturur.

Uyaranlara bağlı elektriksel etkinliğin elektronik arayüzlerle okunması, biyohibrit robotlar için olası bir kontrol yöntemi sunar. Bu sistemler henüz kusursuz veya her koşulda dayanıklı sensörler değildir.

Mantar Robotları Nasıl Çalışır

Araştırmacılar miselyumu robotun elektronik arayüzüne entegre etti. Elektriksel etkinliği kaydeden sistem, sinyalleri işleyip robotun hareket bileşenlerine gönderilen kontrol komutlarına dönüştürdü. Bu, mantarın bir makine öğrenmesi algoritmasını eğittiği veya kendi başına karar verdiği anlamına gelmez.

Ölçüm arayüzü, miselyum sinyalini bozabilecek titreşim ve elektromanyetik girişimin etkisini azaltacak şekilde tasarlandı.

Bu yaklaşım, hareketli biyohibrit robotlarda elektrofizyolojik sinyallerin daha kararlı biçimde kaydedilmesine yönelik bir adımdır.

Prototipler ışığa tepki verdi. Kimyasal algılamanın robot kontrolünde kullanılması ise gelecekte araştırılması planlanan bir uygulamadır.

Örneğin toprak kimyasını algılayıp gübre ihtiyacının değerlendirilmesine yardımcı olan robotlar düşünülebilir. Bu henüz çalışmada doğrulanmış bir tarla uygulaması değildir. Tarım robotiğindeki gelişmeleri “Yatırımcıların Dikkatine: Robotik Tarıma Giriyor” yazımızda ele aldık.

Benzer şekilde patojenlerin algılanması da gelecekte incelenebilecek bir olasılıktır; bu prototiplerin patojen tanısı yaptığı gösterilmemiştir.

Çok Disiplinli Bir Alan

Bu alan henüz gelişmektedir. Standart yöntem ve ürünlerin sınırlı olması, sistem geliştirmeyi geleneksel robotlara göre daha karmaşık hâle getirebilir.

Araştırmacı Anand Mishra, bu tür sistemlerin mekanik, elektronik, mikoloji, nörobiyoloji ve sinyal işleme bilgisini bir araya getirdiğini vurguluyor.

Anand Mishra, Organik Robotik Laboratuvarı araştırmacısı; laboratuvarın yöneticisi Rob Shepherd.

Mishra, miselyumun elektriksel sinyallerinin kaydedilmesi konusunda nörobiyoloji ve davranış alanında kıdemli araştırmacı Bruce Johnson ile çalıştı. Bitki patolojisi ve bitki–mikrop biyolojisi alanında öğretim üyesi Kathie Hodge ise temiz miselyum kültürlerinin yetiştirilmesine yardımcı oldu. Elektrot yerleştirme sırasında kontaminasyon önemli bir zorluktu.

İlk Prototipler

İki biyohibrit prototip üretildi: örümceğe benzeyen yumuşak bir robot ve tekerlekli bir robot.

Kaynak: Cornell Üniversitesi

Robotlar, miselyumun doğal elektriksel darbelerine göre yürüdü veya tekerlekleriyle ilerledi. Ultraviyole ışıkla uyarıldıklarında hareket biçimleri değişti. Araştırmacılar ayrıca miselyumun doğal sinyalini geçersiz kılarak kontrol sistemine müdahale edebildi.

Biyohibrit ve Yumuşak Robotiğe Yatırım

Robotların hastane, depo, tarla ve meyve bahçeleri gibi ortamlarda kullanılması, yumuşak robotik için fırsatlar yaratabilir. Biyohibrit sistemler ise daha erken bir araştırma aşamasındadır; genel robotik pazarının büyümesi bu teknolojilerin ticari başarısını garanti etmez.

Robotikle ilgili şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapılabilir. securities.io üzerinde ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülke için aracı kurum değerlendirmelerimizi bulabilirsiniz.

Belirli şirketleri seçmek yerine robotik alanındaki fonları incelemek isterseniz GlobalX Robotics & Artificial Intelligence ETF (BOTZ), iShares Automation & Robotics UCITS ETF (RBOT) veya Global Robotics & Automation Index ETF (ROBO) gibi ETF’leri değerlendirebilir ya da “Robotik ve Yapay Zekâ Alanındaki 5 ETF” yazımıza bakabilirsiniz. Fonların portföyleri, ücretleri ve riskleri farklıdır; biyohibrit robotlara doğrudan yatırım sundukları varsayılamaz.

Ayrıca “Robotik Alanındaki 10 Şirket” yazımızı inceleyebilirsiniz.

Robotik Şirketler

1. Soft Robotics

Soft Robotics, özel bir şirkettir; borsada işlem gören bir şirket değildir. ABB’nin girişim sermayesi birimi ABB Technology Ventures ile geçmişte ortaklık kurmuştur. ABB’nin 2018’de anlattığı teknoloji, esnek malzemeler ve mikroakışkan kanallar kullanan tutucuları içeriyordu.

Şirketin geçmişte geliştirdiği mGripAI sistemi, gıda işleme uygulamalarında esnek tutucuları 3D görüntüleme ve yapay zekâ ile birleştiriyordu. ABB IRB 360 FlexPicker gibi robotlarla kullanılabiliyordu. Ağustos 2024’te Schmalz, Soft Robotics’in mGrip tutucu ürün ailesini ve ilgili fikrî haklarını devraldı; bu nedenle tutucu işini hâlâ aynı şirkete aitmiş gibi değerlendirmemek gerekir.

Kaynak: Soft Robotics

Köpük akışkanlarının bu tür sistemlere eklenmesi olası bir araştırma fikridir; burada adı geçen ürünlerde kullanıldığı doğrulanmış değildir.

mGripAI’nin çalışma örneğini şu videoda görebilirsiniz.

Yumuşak aktüatör ve tutucuların önemli uygulamaları arasında endüstriyel süreçler ve özellikle gıda işleme bulunur.

Yapay zekâ, makine görüşü, bataryalar ve yumuşak robotikteki ilerlemeler; bakım, perakende ve temizlik gibi alanlarda yeni yardımcı sistemleri mümkün kılabilir. Bu görevlerin tamamının otomatikleştirilebileceği veya bunun yakın zamanda gerçekleşeceği kesin değildir.

Miselyum tabanlı kimyasal algılamanın zararlı bileşikleri veya gıda bozulmasını saptamakta kullanılması ilgi çekici bir olasılıktır. Ancak Cornell prototipleri bu işlevleri göstermedi ve FlexPicker ile böyle bir entegrasyon doğrulanmış değildir.

2. Boston Dynamics

Dört ayaklı Spot robotunu geliştiren Boston Dynamics, cihazı merdiven çıkma ve zorlu ortamlarda hareket etme gibi görevler için tasarladı. Spot fabrika, şantiye ve tehlikeli alan denetimlerinde kullanılabilir. 74.500 dolarlık tutar tarihsel bir başlangıç fiyatıdır; güncel ve tüm donanımları kapsayan fiyat olarak alınmamalıdır.

Uygun şarj istasyonu ve yazılım yapılandırmasıyla Spot, otomatik şarj ve engellere göre rota uyarlama özelliklerini kullanabilir. Bu, her koşulda bakım veya insan gözetimi gerektirmeden kesintisiz çalışacağı anlamına gelmez.Şirketin tarihsel kullanım verileri, binin üzerinde Spot robotunun sahada kullanıldığını gösteriyordu. Robot adedi ile tekil müşteri sayısı aynı değildir.

Spot; imalat, enerji, doğal kaynaklar, inşaat, araştırma ve kamu gibi alanlarda kullanılmaktadır.

Miselyum tabanlı algılama, böyle hareketli bir platform için gelecekte incelenebilecek bir seçenektir; Spot’ta bu teknolojinin kullanıldığı gösterilmemiştir.

Hyundai Motor Grubu, Boston Dynamics’i devralma işlemini tamamladığında şirketin %80’ine sahip oldu; SoftBank’ın bağlı kuruluşu kalan %20 payı korudu. Bu, işlem tamamlandığındaki mülkiyet yapısını anlatır.

Boston Dynamics, insansı Atlas robotunun hareket kabiliyetini gösteren videolarıyla da tanındı.

Kaynak: Boston Dynamics

Hyundai, otomotiv üretiminin yanında farklı teknoloji ve sanayi faaliyetlerine sahip Güney Koreli bir şirketler grubudur; bu yapı ülkede chaebol olarak adlandırılır.

Otomasyon ve robotik, Güney Kore’nin düşük doğurganlık ve yaşlanan nüfusla karşı karşıya olduğu ortamda önem kazanabilir. Makalede atıf yapılan kadın başına 0,78’in altındaki doğurganlık oranı belirli bir döneme aittir. Robotik iş gücü sıkıntılarının bazı etkilerini hafifletebilir; demografik sorunların tek çözümü olduğu veya bütün görevleri üstlenebileceği söylenemez.

Bu yaklaşım Hyundai’nin otomasyon stratejisiyle de bağlantılıdır. Şirketin belirli üretim planları için açıkladığı “otomasyon oranında %78, kişi başına verimlilikte %38 artış” hedefleri, bütün tesislerde gerçekleşmiş sonuçlar veya Boston Dynamics robotlarının genel performans ölçütleri değildir.