Yazar : Erhan KURMUŞ Onaylayıcı Uçak Teknisyeni Nöromorfik Sistemler Araştırmacısı
“Her insan beyninde, henüz yazılmamış fikirlerin ve duyguların kaynağı olan bir evren gizlidir.” Santiago Ramón y Cajal
Uçaklar artık yalnızca metal ve elektronik sistemlerden ibaret değil; nöromorfik ve biyomimetik teknolojiler sayesinde tıpkı bir canlı gibi görerek, duyarak, koklayarak ve hissederek uçuyor. Nöromorfik kameralar yusufçuğun gözleri gibi çevreyi algılıyor, akustik sensörler motor sesindeki en küçük anormalliği dinleyip arızaları önceden tespit ediyor, elektronik burunlar duman görünmeden yangın kokusunu alıyor ve akıllı cilt teknolojileri uçak gövdesine bir sinir ağı kazandırarak yapısal değişimleri anında hissediyor. Havacılık, duyuları olan “hisseden uçaklar” çağına doğru ilerliyor.
“Bir Nöronun Hikâyesi” başlıklı yazımızda, duyguların ve hayallerin bir nöronla başladığından bahsetmiştik. Şimdi bu hikâyenin ikinci bölümünde, nöronların bize armağan ettiği duyuların izinden gidiyoruz. Uçaklar artık sadece metal ve kablolardan ibaret değil; tıpkı bir canlı gibi çevrelerini algılayabiliyor. Gözleriyle ufku tarıyor, kulaklarıyla motorun ritmini dinliyor, burnuyla olası bir yangını kokluyor ve derisiyle en küçük titreşimi hissediyor. Havacılığın geleceği, insan duyularını taklit eden nöromorfik ve biyomimetik teknolojiler sayesinde “hisseden uçaklar” çağına doğru ilerliyor.
Görme: Uçakların Gözleri – Nöromorfik Kameralar ve Görsel Algı
Airbus’ın DragonFly demonstrasyon projesinde, bir A350 test uçağının burnuna monte edilen üç kamera, uçağa adeta “360 derece görüş” kazandırarak çevresini tanımasını sağlıyor. Bu sistem, manzaradaki sabit özellikleri (örneğin arazi şekilleri veya yapıları) tanıyıp referans alarak uçağın rota ve yaklaşma konusunda kendi kendini yönlendirmesine olanak tanıyor. DragonFly sistemi, etrafındaki hava sahası, arazi ve hava durumu koşullarını sürekli tarayarak rotayı dinamik şekilde güncelleyebiliyor; aynı zamanda otomatik olarak hava trafik kontrolü ve operasyon merkezine bilgi gönderebiliyor. Bu sayede pilotların iş yükünü azaltmayı ve acil durumda (örneğin bir pilot bayılırsa) uçağın güvenli bir şekilde kendi inişini gerçekleştirebilmesini hedefliyor.
DragonFly adı da, bu sistemin esin kaynağı olan helikopter böceğinden (yusufçuk) geliyor – zira yusufçuklar mükemmel bir küresel görme yeteneğine sahip ve etraflarındaki nesneleri anında tanıyabiliyor. Nitekim Airbus mühendisleri de biyomimikri yaklaşımıyla, DragonFly projesindeki kameraların tıpkı yusufçuğun gözleri gibi çevreyi algılayıp engelleri fark etmesi üzerine çalıştıklarını belirtiyor.
Görsel algı alanında yenilikçi bir diğer yaklaşım ise olay tabanlı kameralar ve nöromorfik görme işlemcileridir. Bu sistemler, insan gözündeki retina ve beynin görsel korteksinden ilham alıyor. Olay tabanlı bir kamera, geleneksel kameralardan farklı olarak yalnızca sahnedeki parlaklık değişimlerini (yani hareketleri) milisaniye mertebesinde tepki süreleriyle bildiriyor. Bu sayede veri işleme yükü ve gecikme büyük ölçüde azalıyor; sistem hızlı hareket eden platformlar için son derece avantajlı hale geliyor.
Örneğin bu “silikon retina” kameralar neredeyse sıfır hareket bulanıklığı ile çalışıyor ve çok yüksek dinamik aralığa sahip. Bu da özellikle iniş yaklaşması sırasında veya insansız hava araçlarının engellerden kaçınmasında kritik faydalar sağlıyor. Olay tabanlı nöromorfik sensörlerle donatılmış bir uçak, tıpkı bir böceğin gözü gibi, gördüğü değişimleri anında işleyip yerleşik yapay zekâ ile yorumlayarak yüksek düzeyde çevresel farkındalık kazanabilir. Nitekim yapılan araştırmalar, bu tür kameraların düşük güç tüketimiyle otonom uçuşta “temel sensör” rolü oynayabileceğini göstermektedir.
Kısacası, uçaklar için geliştirilen yapay görme sistemleri – ister yüksek çözünürlüklü kameralar ve bilgisayarlı görü algoritmaları olsun, ister insan gözünü taklit eden nöromorfik sensörler – uçağın etrafını görmesini ve durum farkındalığı kazanmasını sağlayarak daha emniyetli ve otonom uçuşların kapısını aralıyor.
Duyma: Uçakların Kulakları – Akustik Sensörler ile Dinleme
Bir uçağın “duyma” yetisinden söz edildiğinde akla ilk olarak gürültülü jet motorları gelse de, aslında dikkatle dinlendiğinde motorların ve mekanik aksamın sesi önemli bilgiler taşır. Deneyimli uçak teknisyenleri, motor sesindeki en ufak bir anormalliği fark ederek arızaları erken sezebilir. Artık bu “kulak kabartma” işini uçakların kendisi yapmaya başlıyor.
Modern uçak motorlarında hâlihazırda binlerce parametre sensörler yardımıyla izlenmektedir; örneğin Rolls-Royce, dünya genelinde hizmet veren 8.000’den fazla jet motorunu anlık olarak takip eden gelişmiş bir Engine Health Monitoring (EHM) sistemine sahiptir. Bu tip sistemler, sıcaklık, basınç, titreşim gibi verileri sürekli izleyerek bakım ihtiyaçlarını öngörebiliyor. Yeni araştırmalar ise akustik dinlemeyi bu denkleme ekliyor.
Motor içine veya çevresine yerleştirilecek mikrofonlar ile titreşim algılayıcılar sayesinde, dönen parçaların kendine özgü ses imzaları analiz ediliyor. Amaç, bir disk veya fan blade üzerinde oluşan kılcal bir çatlağı ya da bearing aşınmasını henüz büyüyüp ciddi bir arızaya yol açmadan akustik imzasından teşhis edebilmek. Yapılan testler, motorun dışına yerleştirilen mikrofonların “dinleme” yoluyla bazı arıza belirtilerini tespit edebildiğini ortaya koyuyor.
Örneğin NASA’nın VIPR programı kapsamında gerçekleştirilen deneylerde, 14. kademe bleed valfinin tam açık (failsafe) konumunda takılı kaldığı bir arıza senaryosu oluşturuldu. Bu senaryoda mikrofon A4, motorun hızlanması sırasında arızanın yol açtığı anormal ses desenini net biçimde yakaladı; üstelik bu anormal imza hem kademeli hem de ani hızlanma durumlarında tespit edilebildi.
Akustik ölçümün avantajı, uçağın yapısına veya motoruna fiziksel bir müdahale gerektirmeden, uzaktan ve kolayca yapılabilmesidir. Üstelik, motorun zaman içindeki sağlığının bozulmasıyla ses imzasındaki değişimler takip edilerek bakım planlamasında da kullanılabilir. “Mikro Doppler” adı verilen gelişmiş sinyal işleme teknikleriyle, bu ses sinyallerindeki milisaniyelik titreşim değişimleri bile ayrıştırılarak tanınabilmektedir.
Sonuç olarak, uçak üzerindeki dijital kulaklar sayesinde bir motor arızası, insan kulağının duyabileceğinden çok daha önce – belki henüz başlangıç aşamasındayken – saptanıp proaktif bakım için uyarı verebilecek. Bu da hem uçuş emniyeti hem de bakım verimliliği açısından çığır açıcı bir gelişme olacaktır.
Koklama: Elektronik Burunlar ile Koku ve Kimyasal Algılama
Havacılıkta koku alma duyusu, özellikle yangın ve duman tespiti gibi emniyet açısından kritik durumlarda büyük önem taşır. Uçaklarda hâlihazırda duman dedektörleri ve sıcaklık sensörleri bulunsa da, bunlar genellikle duman partiküllerini veya ısıyı algılar ve alarm verdiklerinde yangın çoktan başlamış olabilir. Oysa insanlar bazen bir elektrik yanığını veya aşırı ısınmış bir malzemenin kokusunu dumandan önce alabilir.
İşte bu nedenle araştırmacılar, uçaklara “koku alma” yeteneği kazandırmak için kimyasal sensörler geliştirmeye odaklanmış durumda. Elektronik burun (e-burun) olarak adlandırılan bu sistemler, bir dizi gaz sensörü ve yapay zekâ tabanlı koku tanıma algoritmasından oluşuyor. Farklı sensörler farklı gazlara duyarlıdır ve birlikte çalışarak ortamdaki karmaşık koku profillerini çözümleyebilirler. Bu sayede, duman görünmeden önce ortama yayılan yanma ürünleri veya tehlikeli kimyasallar tespit edilebilir.
Bunun gerçek hayattaki bir örneği, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda (ISS) test edilen NASA’nın E-Nose projesidir. NASA’nın JPL laboratuvarınca geliştirilen bu elektronik burun, uzay istasyonunun havasındaki kimyasalları 32 farklı sensör ile sürekli “koklayarak” takip etti. E-Nose aylarca aralıksız çalışarak formaldehit, freon gibi zararlı gazları çok düşük konsantrasyonlarda dahi saptayabildi.
Gelecekte benzer bir sistemin uçak kabinlerinde de kullanılması hedefleniyor. Örneğin, eriyen bir kablonun veya aşırı ısınan bir elektrik devresinin yaydığı kimyasal kokuları henüz duman çıkmadan algılayıp potansiyel bir elektrik yangınını önceden haber verebilecek. Nitekim NASA’nın kontrollü deneylerinde E-Nose, duman ortaya çıkmadan önce başlayan ufak bir yanmayı başarıyla tespit edebildi.
İnsan burnunun her zaman algılayamadığı bazı kokular (örneğin belirli plastiklerin ısınma emisyonları veya çok düşük konsantrasyondaki zehirli gazlar) e-burunlar için sorun değildir; bu sistemler “tehlikenin kokusunu alıp” insanlar daha farkına varmadan alarm üretebiliyor.
E-burun teknolojisi, uçaklarda sık görülen yanlış alarm problemini çözmeye de yardımcı olabilir. Geleneksel duman dedektörleri, örneğin kargo bölümünde oluşan bir nem bulutunu veya yolcu kabinindeki yoğun tozu duman sanıp alarm tetikleyebilir. Elektronik burun ise dumanın kaynağını kimyasal bileşimine göre algıladığı için gerçek yangın dumanını, sigara dumanından veya zararsız buhardan ayırt edebilir. Nitekim bu yaklaşımın denendiği bir Avrupa projesinde, optik duman sensörü bir polimer bazlı gaz sensörüyle birleştirilerek yanlış alarm oranı ciddi ölçüde düşürülmüştür.
Sonuç olarak, uçaklarda koku duyusunun yerini alacak bu elektronik burunlar sayesinde hem yangın emniyeti artacak hem de gereksiz acil durum dönüşleri önlenebilecektir.
Dokunma: “Hisli” Yapılar ve Akıllı Cilt Teknolojileri
Uçaklar için dokunma duyusuna en yakın kavram, yapısal titreşimlerin ve yük değişimlerinin algılanmasıdır; bu işlev, yapısal sağlık izleme (Structural Health Monitoring – SHM) sistemleri ile yerine getiriliyor.
Bir kuş, üzerine konan en ufak cismi veya derisine değen rüzgârın şiddetini nasıl hissedebiliyorsa, bir uçağın gövdesi de temasları ve yapısal yük değişimlerini hissedebilir mi? İşte bu soruya yanıt arayan mühendisler, uçaklara adeta bir sinir ağı kazandıracak “akıllı cilt” konseptleri üzerinde çalışıyor.
Örneğin, BAE Systems firmasının Smart Skin projesi bu konuda çığır açan bir girişim. Bu projede, uçağın tüm yüzeyine gömülecek pirinç tanesi büyüklüğünde on binlerce mikro sensör ile gövdenin adeta bir deri gibi duyarlı hale getirilmesi hedefleniyor. Böylece gövde üzerindeki herhangi bir noktada meydana gelen hava akımı değişimi, sıcaklık artışı, basınç veya gerilme artışı anında fark edilebilecek.
Akıllı cilt konsepti, mevcutta kullanılan birkaç büyük ve hantal sensör yerine çok sayıda küçük ve ucuz sensörün birlikte çalışmasıyla uçak yüzeyinde yüksek çözünürlüklü bir algı katmanı oluşturuyor. Bu sensör “beneklerinin” uçağın yüzeyine tıpkı boya gibi püskürtülerek bile uygulanabileceği öngörülüyor. Her biri kendi küçük enerji kaynağına sahip olan bu algılayıcılar, kablosuz olarak hem birbirleriyle hem de merkezi işlemciyle haberleşecek. İnsan derisindeki sinir uçlarına benzer biçimde, yüzeyin her noktasındaki bu alıcılar merkeze sürekli veri akışı sağlayacak.
BAE’nin prototip çalışmaları, bu konseptin rüzgâr hızı, sıcaklık, yüzey titreşimi ve deformasyon ölçümlerini mevcut teknolojilerden çok daha hassas biçimde yapabildiğini gösteriyor. Böyle bir sistem devreye girdiğinde, uçak kendi üzerinde olup biteni gerçek zamanlı olarak “hissedip” pilotlara veya bakım ekiplerine bildirebilecek.
Projenin baş araştırmacısı Lydia Hyde’ın dediği gibi, uçaklar binlerce mini algılayıcıdan oluşan bir deriyle kaplandığında çevrelerini ve kendi yapısal durumlarını tıpkı insanlar veya hayvanlar gibi “hissedebilecek”.
Akıllı cilt henüz araştırma aşamasında olsa da yapısal duyarlılık konusunda bazı teknolojiler şimdiden kullanılmaya başlandı. Özellikle kompozit malzemeden üretilen modern uçakların kanat ve gövde bölümlerine, fiber optik sensörler yerleştirilerek yapının sağlık durumu gerçek zamanlı izleniyor.
Örneğin fiber optik Bragg ızgara sensörleri, milimetre boyutundaki çatlak oluşumlarını veya anormal gerilme birikimlerini dahi tespit edebilecek şekilde yapıların içine gömülebiliyor. Uçuş sırasında kanat üzerine etkiyen aerodinamik yükler ve titreşimler, bu gömülü “sinir uçları” sayesinde sürekli ölçülüp kaydediliyor.
Boeing ve Airbus, yeni nesil yolcu uçaklarında bu tür sistemleri deneysel olarak test etti; askeri insansız hava araçlarında da benzer yapısal izleme sensörleri bulunuyor. Ayrıca piezoelektrik sensör ve aktüatör ağları kullanılarak yapı içinde yayılan ultrasonik dalgalar ile çatlak tespiti yapan (aktif SHM) sistem prototipleri de geliştirildi.
Böylelikle uçak yapısı, üzerine binen yükleri veya aldığı hasarları kendi kendine “hissederek” raporlayabilir hale geliyor. Bu teknolojiler tam anlamıyla olgunlaştığında, uçakların rutin bakım süreçleri çok daha akıllı hale gelecek: Uçağın “derisindeki” sensörler en ufak bir yorulma belirtisini veya mikroskobik bir çatlağı hissettiğinde, anında ilgili bakım ekibine haber verecek.
Sonuç olarak, dokunma duyusuna sahip bir uçak yapısı tıpkı canlı bir organizma gibi kendi bütünlüğünü sürekli kontrol ederek emniyet marjlarını artıracak ve bakım maliyetlerini azaltacaktır.
Görüldüğü gibi havacılıkta biyoloji ile teknoloji giderek daha fazla kesişiyor. Yusufçuğun gözünden ilham alan görsel sistemler, insan kulağı kadar keskin dijital kulaklar, hassas bir burun gibi koklayan sensörler ve deri misali hissedebilen akıllı yapılar...
Tüm bu yenilikler sayesinde uçaklar gelecekte çevrelerini tıpkı bir canlı gibi algılayacak. Böylece hem uçuş emniyeti hem de operasyonel verimlilik bambaşka bir seviyeye ulaşacak.
Uçağınız bir gün kalkıştan önce “kendini iyi hissetmediğini” rapor ederse şaşırmayın; belki de aslında uçağın duyularından biri dikkat etmemiz gereken bir şeyi fark etmiştir.
İnsanlık, kuşların uçma kabiliyetini taklit ederek başladığı havacılık serüveninde şimdi de onların duyularını taklit etmeye bir adım daha yaklaşıyor. Bu biyomimetik ve nöromorfik teknolojiler, gökyüzünde hisseden ve çevresine uyum sağlayan “canlı uçakların” habercisi.