Çözüm arama sürecinde insan zekasının sınırlı kaldığı aşamalarda veya bir ilham kaynağıyla desteklenmeleri gerektiğinde mühendisler, doğaya dönerek benzer bir problemi ve çözümü arama yoluna giderler.
Mühendislik mesleği problem çözme uğraşısı olarak da tanımlanır. Analitik düşüncesini baz alarak çalışmalarım sürdüren bir mühendisin hedefi, mevcut verileri kullanarak soruna çözüm oluşturacak sonuç elde etmektir. Bu sorun çalışma alanına bağlı olarak bir gökdelen inşaatı, yeni bir motor geliştirilmesi, yönetsel bir probleme çözüm bulmak, bir yazılım veya bir tıbbi cihaz geliştirme gibi herhangi bir alanda olabilir. Çözüm arama sürecinde insan zekasının sınırlı kaldığı aşamalarda veya bir ilham kaynağıyla desteklenmeleri gerektiğinde mühendisler doğaya dönerek benzer bir problemi ve çözümü arama yoluna gitmektedirler.
Bu noktada insanın doğa ile olan ilişkisi ondan sadece besin ve yaşam kaynağı olarak faydalanmaktan öteye geçerek onun ayrıntılarından kendisi için son derece önemli veriler elde etmeye doğru gitmektedir. Doğadaki canlıların sistem, süreç, model ve malzemelerinin incelenerek günümüz problemlerine çözüm bulmakta yardımcı olacak esinlenmeler ve öneriler üretmeye ‘Biyomimetik, (Doğal Benzetim) adı verilmektedir. Biyomimetik son yıllarda yeni bir bilim dalı olarak gelişimini sürdürmekte ve bazı üniversitelerde bu konuda programlar açılmaktadır. Amerika’da Delawere Üniversitesi’nde ‘Doğadan Esinlenilmiş Mühendislik (NIE)’, yine MIT’deki, ‘Mühendisliğin Doğası’ programı ile İngiltere’deki Surrey Üniversitesi’nde ‘Doğadan Esinlenilmiş Hesaplama ve Mühendislik (NİCE)’ bunlardan bazdandır.
TEKNOLOJİ TASARIMINDA DOĞA YOL GÖSTERİYOR
Günümüzde kullanılan ve son derece karmaşık olarak kabul edilen sistemler aslında doğada var olan mevcut sistemlerden esinlenmiş ve o sistemlerin basitleştirilmiş şekilleridir. Uçakların uçuşu fizik prensiplerine dayandırılarak yapılmasına rağmen kıtalararası uçuşlar için gerekli büyük yolcu uçaklarını, jet uçaklarını, seri ve atak hareket için gerekli savaş uçaklarını ve daha da farklı olarak helikopterleri geliştirmek için fiziğin dışında çeşidi bilgilere gereksinim duyulmuştur. Farklı tip ve büyüklükteki uçaklar tasarlanırken kuşların fizyolojik yapıları ve kemiklerini oluşturan malzemeler son derece faydalı bilgiler sağlamıştır. Savaş uçaklarının çok hızlı manevra yapmaları ve atılgan olmaları gerektiği için avcı özellikleri ağır basan kartal, doğan ve atmaca türü kuşların fizyolojik yapıları göz önüne alınmıştır.
Bu durum yolcu uçaklarında daha farklıdır. Yolcu uçakları için uzun uçuşların ve havada kalmanın öncelik taşıması nedeniyle çeviklik ikinci plandadır. Bu nedenle göçmen kuşların kıta aşın uçmalarım da sağlayan yapıları bir esin kaynağı olmuştur. Kanatların uzunluktan ve değişen şekilleri kısa ve uzun mesafe uçan kuşların yapılarıyla paralellik göstermiştir. Ayrıca kolayca üst üste kayan ve iç içe geçen kanat yapılarından ve balıkların üst üste gelen pul yapılarından da esinlenilmiştir.
Helikopterler kullanım ihtiyaçtan gereği havada durmayı ve nisbeten yere yakın mesafede uçmayı gerektirdiğinden yusufçuk ve benzer böceklerin yapılarından faydalanılmıştır. Yüzen cisimler içinse durum biraz daha farklıdır. Denizaltıların geliştirilmesi aşamasında istenildiğinde suyun ağırlığından daha ağır olacak ve derinlere dalış yapacak ve istenildiğinde sudan hafif olarak yüzeye çıkacak bir sisteme ihtiyaç duyulmuştur. Araştırmalar sonucunda balinaların ve diğer derin su balıklarının sistemleri bir çözüm bulmaya yardıma olmuş ve günümüz denizaltı teknolojisine erişilmiştir. Bu çarıkların denizin yüksek basınca da dayanıldı oldukları gözlenmiştir. Bu özellik de denizaltılardaki basınç sorununun çözümünde yol gösterici olmuştur.
İngiltere’de Bath Üniversitesi Biomimetik ve Doğa Teknolojileri Merkezi tarafından mühendislik problemlerinin çözümlerinde doğadan daha çok faydalanılması için ‘biyolojik patentlerden’ oluşan bir veritabanı oluşturmuş bulunuyor. Veritabanı, çalışma alanındaki bir probleme çözüm arayan araştırmacının doğadaki canlıların özelliklerine ulaşarak kendisine uygun olan çözümü bulması ve bunu bir teknolojiye dönüştürmesi için geliştirilmiş. Araştırmacı veritabanında canlı adı yerine ihtiyaç duyduğu çözümü yazarak bu çözüme sahip canlılara ulaşabilmektedir.
Örneğin mühendis, geliştireceği üründe yerçekiminden kurtulma prensibini uygulamak istiyor olsun. Yerçekimden kurtulmak problemi arandığında bu yetiye sahip canlıların özellikleri mühendislik prensipleri dahilinde açıklanmış olarak kullanıma sunulmaktadır. Araştırmacı kendi ihtiyacına en iyi cevabı verebilecek olan yapıyı kullanarak mevcut bir sistemin geliştirilmesi veya yeni bir ürün oluşturulmasını sağlamaktadır. Yapılan tahminlere göre şu aşamada sadece doğadaki mevcut potansiyelin yüzde 10’undan faydalanılmaktadır ve ilgi alanının doğaya doğru kayması neticesinde bu oranın hızla artması öngörülmektedir.
SEZGİSEL ÇÖZÜM YÖNTEMLERİNDE DE KULLANILIYOR
Bilgisayar ve endüstri mühendisliği gibi hesaplamak algoritmalar üstünde çalışan mühendislik dallan da doğadan esinlenmektedirler, özellikle mevcut hazır programların en iyi (Optimum) sonuca ulaşamaması halinde probleme çözüm bulacak sezgisel algoritmalar geliştirilmesinde doğadan faydalanılmaktadır. Sürü Zekası (Swarm Intelligence) da denen bir yöntem de kuş, balık, an gibi canlıların toplu olarak besin arama faaliyetleri ve besini bulma işlevi modellendiğinde bunun herhangi bir problemin çözümü için çok kolay kullanılabildiği görülmüştür.
Bu noktada besin, problemin çözümü olmakta, çözümün arandığı bölge besinin bulunabileceği bölgeyi betimlemektedir. Kuş sürüleri uçarlarken önce besin olması muhtemel noktalara iniş yapmakta eğer bir besin parçası bulunmuşsa o alanın etrafına yoğunlaşarak o bölgeyi taramaktadırlar. Besin parçasının bulunmuş olması besinin kaynağının (optimum çözüm) oraya yakın olabileceği anlamım taşır. Karınca kolonisi algoritması, yapay an koloni algoritması, yapay bağışıklık sistemi, ateşböceği algoritması ve akıllı su damlaları, sürü algoritmalarından sadece birkaçıdır. Bu sezgisel çözüm yöntemleri söz konusu bir matematiksel problem için çok kısa bir zamanda iyi kabul edilen çözümler vermektedirler.
Bunun dışında genlerin farklı şekillerde bölünerek birleşmeleri sonucunda farklı özellikteki bireylerin oluşması, çözüm yöntemi arayan mühendisler için de bir esin kaynağı olmuştur. Genetik algoritma denilen bu yöntemde anne ve babadan gelen genlerdeki kromozomlar çözümün parçalan olarak düşünülmekte ve oluşan çözüm en iyiye ulaşana kadar genlerin eşleştirilmesi yapılmaktadır. Bu aşamada doğal seleksiyonun sonucu olarak zayıf birey yani yeterince iyi olmayan çözüm elenerek güçlü bireyin (çözümün) seçilmesi sağlanmaktadır. Doğa, araştıran bir mühendis için bulunmaz bir araştırma kaynağı olmaya devam edecek gibi görünüyor.