Danimarka mühendisleri, doğadaki evrimden esinlenerek süper bilgisayarı, kuşun kanadının iç kısmını andıran bir kanat yapısını tasarlamak için kullandılar.
Evrim usta bir mühendistir. Örneğin; neredeyse içi boş gibi görünen kuşun kanatları, üzerindeki ağır tüyleri taşıyabilecek kadar güçlü ve serttir.
Milyonlarca yıl süren sayısız türün birleşimiyle oluşan sayısız kuşak; rastlantısal mutasyonları ve sürekli kendini geliştiren yapıları doğuruyor.
Hesaplama Morfogenezi
İnsanla karşılaştırıldığında; tasarım süreci hayvanlarınki gibi milyonlarca yıl sürmez. Hem kendi yaratıcılıkları hem de sınırlı pratik üretim anlayışlarıyla bu süreci ilerletemezler. İnsanlar tarafından tasarlanan çoğu yeni araba, bina ve köprü, büyük ölçüde daha öncekilere dayanmış oluyor.
Bununla birlikte, mühendisler son yirmi yılda; giderek daha güçlü bilgisayarlar yardımı ile evrimsel tasarımın tekrarlanabilir sürecini taklit ve test ediyor; sonuca göre de uyarlayabiliyorlar.
Tüm bu süreç Hesaplama Morfogenezi olarak adlandırılıyor. Şöyle ki; tüm canlılara farklı şekilleri veren ve uzun süre devam eden biyolojik sürecin dijital bir rekreasyonu şeklinde düşünebiliriz. Bu teknoloji çoğunlukla, daha büyük sistemlerde tek yapısal bileşenleri tasarlamak için kullanılmaktadır, böylece daha güçlü ve daha hafif hale gelmektedir.
Danimarkalı araştırmacılardan oluşan bir ekip, 8.000 CPU’luk muazzam hesaplama gücünden yararlanarak, uçak kanadı için şaşırtıcı derecede “organik” bir model tasarladı. Nature Dergisi‘nde yayınlanan bir makalede, Danimarka Üniversitesi‘nden Niels Aage ve meslektaşları kuş kanatlarının ve gagalarının iç kısımlarına çarpıcı bir şekilde benzeyen karmaşık kavisli ve fraktal bir kanat profili oluşturdular.
Aage Nature’da “Doğa; deneme-yanılma kullanarak kendisini optimize ediyor, yani bir tasarım oluşturuyor. Böylece türler meydana geliyor ve gelecek kuşaklar bu tasarımı geliştiriyor. Bizde; tam olarak bunu yapıyoruz. İlk olarak tasarım planladık ve bunu tekrar tekrar geliştirdik. Sonuç, doğayla eşdeğer gözükmekle birlikte, sürecin kendisi de doğanın kendi evrimine eşit derecede benzerlik gösterdi.” dedi.
İşlem, bir Boeing 777’den standart bir uçak kanadının 3D modeliyle başladı. Sert dış yüzeyi, dışarı doğru bükerek, içte boşluk sağlandı. Daha sonra Aage ve Ekibi, boşluktaki iç alanı üç boyutlu piksel veya küçük Lego tuğlaları gibi 1,1 milyar bireysel voksellere (3D’de piksel=voksel) böldü.
Aage: “Süreç tam olarak deneme yanılma değildir. Bilgisayar, kanat içindeki her noktaya sıkı tasarım kuralları ve değişkenleri uygulamak için “titiz matematik” ile programlanmıştır.
Tekrarlanan süreç boyunca, art arda yapısal bir analiz yapıyoruz. Bu sebeple iç yapıdaki materyalin, fazla yüklendiğini fark ettik. Ağır yüklü ise, daha fazla malzeme gerekli oluyor. Tam aksi; herhangi bir yük taşıyorsa, malzemeyi kaldırabiliriz. Tekrarlanan yüzlerce tasarımdan sonra optimum yapıyı buluyoruz.”
Sonuç; kesişen düz çizgilerin kutu şeklindeki destekleri sayesinde, geleneksel uçak kanadına benzer, ancak içi neredeyse hiç görünmeyen bir şey oluştu. Böylelikle, evrimsel bilgi işlem süreci kendiliğinden oluşan; karmaşık, açık kafesli bir yapıya sahip, kanat ve fan benzeri desteklerin uzunluğu boyunca eğimli kirişler üretilmiş oldu.
Aage ve Langelaar Tasarımları
Hollanda’daki Delft Teknoloji Üniversitesi‘nden Matthijs Langelaar bir yazısında; sıvı mekanik, termodinamik ve akustiği daha iyi anlamak için mühendisler tarafından aynı tür kompleks bilgisayar modellemesinin kullanıldığını belirtti.
Langelaar, Danimarkalı araştırmacılar tarafından kullanılan hesaplamalı çerçevenin mevcut yöntemlerden “her mekânsal yönde altı kat daha ince ayrıntı” sağladığını belirtti ve şu andaki son tekniklerden yaklaşık 200 kat daha fazla veri içeren tasarımlar üretti.
Yeni “giga-voxel” kanat tasarımı, konvansiyonel bir kanadın sertlik ve mukavemetine ulaşırken, aynı zamanda modelde yüzde 5’e kadar daha az malzeme kullanıldı.
Aage, yalnızca ağırlıktaki azalmanın, yılda 200 tona varan potansiyel yakıt tasarrufu sağlayacağını ve hem maliyet hem de sera gazı emisyonlarını azaltacağını hesapladı.
Langelaar, uçağın benzeri görülmemiş son halini; “bilgisayar tasarımının yeteneklerinde ilerleme” olarak nitelendiriyor. Ancak süper bilgisayarların yakında evrim mühendisliği dehasıyla yarışacağına dair uyarıda da bulunuyor.
Örneğin, sentetik malzemelerle henüz elde edilemediğini savunan Langelaar; Aage’in bilgisayar modellerinden oluşan doğal malzemelerdeki “kırılma dayanıklılığı” nı hesaba katmadığını yazısında belirtti. Ayrıca, eksik olan bir diğer konu; (belki de daha da önemlisi) süper bilgisayar tarafından hayal edilen, çılgınca karmaşık tasarımlar üreten, mevcut üretim teknolojisine henüz sahip olmadığımızdır.
Aage ise, bu gibi bileşenlerin 3D basılması gerektiğini ve pazarda böyle büyük, metal 3D yazıcıların bulunmadığını kabul ediyor. Ancak bu, yeni tasarımının tamamen pratik olmadığı anlamına gelmiyor.
Aage: “Şu an için kullanabileceğiniz şey, tasarımdaki belli başlı trendlerden bazılarını seçip, sonraki nesil uçaklarda uygulayabilir olmamızdır.”
