Simulasyon ve Biyomekanik

Çok gelişmiş ve bilgisayar destekli oyuncakların, çocukları hatta büyükleri dahi büyülediği bir oyun yerine girdiğinizde, önünüze konulan ve sizi meşgul eden öyle enteresan hadiselerle karşılaşırsınız ki, bunların gerçek mi, yoksa bir bilgisayar monitöründen canlandırılan bir model simülasyonu mu olduğunu ayırt etmede zorluk çekersiniz.

Böyle bir oyun yerinde kendinizi bazen bir uçak kabininde yıldızlar arasında dolaşırken bulur, bazen de yüreğinizi hoplatan kazalar yaşarsınız.

İşte bilgisayarlar, bizi bir yandan böylesine büyülü ve erişemediğimiz yerlerde dolaştırırken, bir yandan da günlük hayatımızı paylaştığımız etrafımızdaki modellenebilen çeşitli hadiselerin örneklerini tekrar tekrar incelememize imkan vermektedir. Mesela, bir hastane acil servisinin günlük veya haftalık hasta trafiğinin modeli bazı istatistiki dağılışlara bağlı olarak simule edilip, doktor veya yatak sayısının ayarlanmasına yardımcı olunabildiği gibi, bir benzin istasyonundaki servis zamanlarının koordine edilmesi de bu yolla mümkün olabilmektedir.

Bütün bu kolaylıklar, matematik modelleri kurulabilen etrafımızdaki hadiselerin bilgisayar destekli olarak defalarca tekrarlanması şeklinde tarif edilen simülasyon (benzetim) tekniklerine dayanmaktadır. O halde simülasyonu çeşitli parametrelere bağlı model tabanlı ve bilgisayar destekli davranış türü meydana getirme işlemi olarak tarif edebiliriz. Buna göre, bir modelin simülasyonunda dikkat edilmesi gereken en önemli iki nokta, modelin çok iyi kurulması ve parametrelerinin sağlıklı tahmin edilmesidir. Aksi halde, yanlış kurulan bir model ile yapılacak bir simülasyon, sonuçlan itibarıyla gerçek yapıyı temsil etmekten uzak kalacaktır.

İşte, simülasyon teknikleri sayesinde, ancak çok büyük maliyetlerle denenmesi mümkün olan uzay yolculukları ve nükleer denemeler gibi gerçek hadiseler, bilgisayar vasıtasıyla çok ucuz olarak monitörlerde canlandırılmakta ve uygulayıcılara yüzlerce alternatif arasından seçme imkanı sağlamaktadır. Bu alandaki çalışmalar çok geniş bir yelpazeye yayılmıştır. Mesela bir ülkenin parametreleri ile modellenebilen makroekonomik yapısı, farklı seviyelerdeki girdilerle tekrar tekrar simule edilerek davranışlar üretilmekte ve üst yöneticilere ekonomiyi nasıl yönlendirebilecekleri konusunda karşılaştırma imkânları sağlamaktadır.

Simülasyon tekniklerinin uygulama alanlarından biri de, biyomekanik’tir. Bilgisayar, matematik ve biyoloji destekli yapılan bu çalışmalar, bitkilerin ömürleri boyunca geçirdikleri safhaların monitör yardımıyla defalarca incelenmesine imkân sağlamıştır. Bu sahadaki çalışmalar, 1968’lerde Lindenmayer’in bir hücreyi modellemesiyle başlamış ve daha sonra bitkilerin büyümelerine uygulanmıştır. Lindenmayer’in çalışmalarında, modellenen bir bitkinin büyümesi, zaman faktörüne bağlı olarak değiştirilen parametrelerle simule edilmiş ve simülasyon süresince bitkinin hayat safhalarını ekranda görüntülemek mümkün olmuştur.

Bu çalışmaları temel alan Biyomekanik alanındaki gayretler, büyük işlem hızına sahip bilgisayarlar ile simülasyona yeni uygulamalar kazandırmıştır. Mesela, saniyede 3 milyon işlem hızına sahip bir süper bilgisayar resimdeki zambak görüntüsü için 3 saatini harcamıştır. Bu zaman süresi içinde, zambağın zamana bağlı olarak gelişen fiziki büyüklükleri, geometrik yapısı da dikkate alınarak artırılmış, önce gövde daha sonra taç yapraklar oluşturulmuş ve en sonra da bir başka programla çiçeğe iç boyut kazandırılmıştır.

Matematiğin yeni bir dalı haline gelen biyomekanik uygulamaları ile bitkilerin bir mevsimlik veya yıllar süren hayat serüvenlerini birkaç dakika ya da birkaç saatlik bir zaman dilimi içinde inceleme imkanı doğmuştur. Mesela, Resim-2’deki 500 yıllık meşe ağacının hayatı, Przemyslaw Prusinkiewicz tarafından birkaç dakika içinde simule edilmiş ve bu görüntü ortaya çıkmıştır.

Konuyla ilgili diğer bir örnek de, 1990 yılında Fowler, Fuller, Hanan ve Snider tarafından simule edilen Resim-3’teki ayçiçeği bitkisidir. Prusinkiewicz ve Fowler tarafından çok canlı simule edilen elma ağacı çiçekleri ise, Resim-4’ te görülmektedir.

Bütün bunlardan anlaşılıyor ki, modelleme destekli simülasyon teknikleri, Biyomekanik alanında da başarı ile uygulanarak, tabiattaki hayat akışını -olağanüstü hadiseler dışında- çok kısa bir süre içinde takip imkanı sağlamakta ve bilgisayarların ekranlarını laboratuar haline getirmektedir. Bu sayede, parametreleri tanımlanan bitki modellerinin, kendi tabiatları içinde nasıl davranış gösterecekleri gözlenmektedir.

Çok hızlı uygulama alanları bulan simulasyon, bitkilerdeki dinamik modellerinin yanında insan ve hayvanların hayatlarına da uygulanacağa benziyor. Aslında uzman sistemlerle destekli robotlar, bu işin fiziki bir örneğidir. İnsanı taklit eden bilgisayar teknolojisi, sayısız faktörü girdi olarak alacak insan modellerinin davranış türlerini meydana getirmesiyle, belki de yaratılışa ait çözemediğimiz nice sırların aralanmasına destek verecektir. Fakat, her şeye rağmen insan, belki de davranışları, tepkileri, duyguları ve çözülemez iç âlemiyle İlahi bir sır olarak kalmaya devam edecektir.

Yrd. Doç.Dr. Şemseddin SEÇİLMİŞ -Arş. Gör. Mahmut ULUDAĞ