Ana sayfa 151. Sayı Daha hızlı, daha yükseğe, daha güçlü: Sayborg Olimpiyadına hoş geldiniz!

Daha hızlı, daha yükseğe, daha güçlü: Sayborg Olimpiyadına hoş geldiniz!

384
PAYLAŞ

Çeviren: Nazlı Turan

Dünyanın ilk Sayborg Olimpiyatı Saybatlon (Cybathlon), 8 Ekim 2016’da Zürih’te düzenlenecek. Küçük takımlardan gelişmiş protezler üreten dünyanın en büyük yatırımcı firmalardan gelenlere kadar, 300’e yakın biliminsanı, mühendis, teknik eleman ve yarışmacı olarak engelliler, günlük işleri halletme becerileriyle altı etkinlikten birinde yarışacak. Takma kol kullanıcıları arasında yemek hazırlama ve elbise asma gibi görevleri gerçekleştirme yarışı yapılacak. Elektrikli tekerlekli sandalye yarışlarında katılımcıların her gün karşılaşılan tümsek ve merdiven engellerini nasıl aştıkları test edilecek.

Sunuş

Okuyacağınız yazı, Nature dergisinin 4 Ağustos 2016 tarihli 536. sayısında arasında yayımlandı (ss.20-22). http://www.nature.com/news/welcome-to-the-cyborg-olympics-1.20353 adresinden aldık, spotu ve kimi arabaşlıkları değiştirdik; sunuyoruz. Yazar: Sara Reardon

Vance Bergeron, bir yılda yaptığı 7000 kilometrenin çoğunu Alpler’e dik tırmanış ile geçiren amatör bir bisikletçiydi. Fakat 2013 Şubat’ında, Lyons, Fransa’da bulunan École Normale Supérieure’de 50 yaşında bir kimya mühendisiyken araba kazası geçirdi. Çarpışmanın etkisiyle havaya fırladı ve düşerken boynunu kırdı. Uyandığında bacaklarını asla oynatamayacağını ve kollarını sınırlı kullanabileceğini öğrendi.

Yatağa bağlı kaldığı aylar boyunca, Bergeron bisiklet sürmeye geri dönmenin yollarını aramaya başladı. Sinirbilimi çalışmaya başladı ve insanları onun gibi bir sayborga, insan ve makine birleşimine çevirebilecek robotik protezler üzerine yoğunlaştı. Bazı protezlerin işlevsel elektrik uyarıları tekniği (functional electrical stimulation, FES) ile körelmiş kol ve bacaklara, kasların kasılmasını ve bazı fonksiyonları yerine getirmesini sağlayan elektrik sinyali dağıtabildiğini öğrendi.

Bergeron tekerlekli sandalye kullanmaya alışır alışmaz, protez fikriyle kendi laboratuvarına döndü ve sinirbilimi çalışmaya başladı. Kendisini kobay olarak kullanarak, ekibi ile birlikte kaslarının tekrar pedal basmasını sağlaması için bacağındaki sinirleri nasıl uyarabileceği üzerine çalıştı. O, kendi kendisinin araştırma projesi olmuştu ve bu iki taraflı kazanmak demekti.

Kas gelişimi için yapılan düzenli alıştırmalarda, Bergeron’un yapay olarak uyarılan bacağı en fazla 20 watt güç üretebiliyordu ki, bu da ortalama bisikletçi için gereken 150-200 Watt’ın yaklaşık onda biri idi. Ama o ve ekibi FES kontrolcüsü ile elektrotlar tasarladılar ve bunları Bergeron’un olimpiyatlarda daha iyi yapmasını sağlayabilecek karbon fiberden yapılma, yatarak sürülen bir üç tekerlekli bisiklete eklediler. Vance Bergeron belki de, 8 Ekim’de Zürih’te ilk kez düzenlenecek Sayborg Olimpiyatı’nda diğer FES kullanan bisikletçilere karşı madalya kazanacak.

Günlük yaşamın engelliler için büyük zorlukları

Dünya çapında 25 farklı ülkeden yaklaşık 80 araştırma grubu, 5 milyon euroluk Sayborg Olimpiyat etkinliği için teknolojilerini geliştiriyor. Küçük takımlardan gelişmiş protezler üreten dünyanın en büyük yatırımcı firmalarından gelenlere kadar, 300’e yakın biliminsanı, mühendis, teknik eleman ve yarışmacı olarak engelliler, günlük işleri halletme becerileriyle altı etkinlikten birinde yarışacak. Takma kol kullanıcıları arasında yemek hazırlama ve elbise asma gibi görevleri gerçekleştirme yarışı yapılacak. Elektrikli tekerlekli sandalye yarışlarında katılımcıların her gün karşılaşılan tümsek ve merdiven engellerini nasıl aştıkları test edilecek.

Saybatlon testleri mümkün olduğunca günlük işlere benzer
şekilde tasarlandı.

Zürih’teki 7600 kişilik buz hokeyi stadyumu, engelli atletlerin tekerlekli sandalyelerle, esnek paletlerle ve destekleyici teknolojilerle yarıştıkları paralimpik oyunlarda olduğu gibi televizyon kameralarıyla donatılmalı ve takımlarının formalarını giyen taraftarlar olmalı. Paralimpik oyunların farkı, katılan atletlerin sadece kas gücünü öne çıkaran ticari ürünleri kullanabilmeleri. Fakat Saybatlon, teknolojiyi ve yeniliği ödüllendiriyor. Saybatlon yarışmacıları güç kaynakları olan, laboratuvar ortamında geliştirilmiş protezler kullanacaklar; bu sebeple onlara “atlet” değil “pilot” demek daha doğru. Umut edilen, yarışlarda kullanılan cihazların teknoloji gelişimini hızlandırması ve sonuç olarak dünya çapında insanlar tarafından kullanılabilmesi.

Saybatlon yaratıcılarından ve Zürih Swiss Federal Teknoloji Enstitüsü’nde biyomedikal mühendisi olan Robert Riener’e göre, Saybatlon’da günlük görevleri gerçekleştirmek göründüğünden daha zor. Ona göre, insanlar internet ve Hollywood filmleri tarafından şımartılmış durumda. Saybatlon tasarımcıları insanlara hâlâ zorluklar olduğunu göstermek istiyor.

Riener Saybatlon’un kökenlerini bir hayır etkinliğinin haber olmasına dayandırıyor. Kasım 2012’de bir motosiklet kazasında bacağını kaybeden Zac Vawter, deneysel bir motor takılan protez bacağı ile Şikago’daki 103 katlı Willis Tower’a sadece 45 dakikada tırmandı.

Bu olay medyayı ve Riener’i etkiledi ama, aynı zamanda hayal kırıklığı da yaşattı. Vawter’ın cihazı Riener’in laboratuvarındakilerle ve dünyadaki diğer iyi örneklerle oldukça benzerdi, fakat ihtiyacı olan insanlara ulaşamıyordu. Riener’in fikrine göre, çok iyi bir iş yapıyorlardı ama satamıyorlardı. O zaman neden Willis Tower’dan ilham almıyorlar ve protez araştırması yapan herkesin dikkatini bir yarışma ile çekmiyorlardı?

Riener’in 30 kişilik laboratuvarı böyle bir etkinlik düzenlemek için çok heyecanlıydı. Geç olmadan haber dünyadaki meslektaşlarına da yayıldı. İlk başta Riener protez bacaklarla dağa tırmanmak gibi şov amaçlı etkinliklere ev sahipliği yapmayı düşündü. Fakat, 2013 yılında kolunu kanserden kaybeden ve protez takan biriyle konuştuktan sonra fikri değişti. Cihaz, adam belli kaslarını esnettiği zaman kablolarla hareket edebilen bir tutucuya bağlanıyordu. Geniş hareketler için mükemmeldi ama, hassas kontrol için çok kötüydü. Bir keresinde, adam ona, bir sinema gişesinin bilet kuyruğunda cüzdanını ve içindeki paraları almak için uğraşırken arkasındaki insanların ona nasıl sabırsızlıkla baktığını anlatmıştı.

Riener, bu tarz zorlukları aşmanın yaylı bacak yaparak daha hızlı koşmaktan daha önemli ve anlamlı olduğunu fark etti. Daha sonra Saybatlon yarışlarının çoğunun kesinlikle olimpik olmamasına karar verdi.

Beyin gücü

Kolaylıkla söylenebilir ki en acayip olay, beyin-bilgisayar ara yüzü (brain–computer interface, BCI) yarışması ile 15 pilotun beyin aktivitelerinin 4 dakika boyunca geniş ekranlarla izlendiği yarış olacak. Her biri ekrandaki karakterlerin çeşitli engelleri aşması için beyin aktivitelerinin özel örüntülerini kullanan bir elektrot yardımıyla üç farklı komut verecek: Hızlanma, tümseklerin üstünden atlama ve lazerlerin altından geçme.

Aslında örüntüler herhangi bir şey olabilirdi. Essex Üniversitesi öğrencilerinden oluşan ve doktora sonrası öğrencisi Ana Matran-Fernandez’in liderlik yaptığı bir ekip, pilotun elini veya yemeği düşündüğü, ya da bir matematik denklemi üzerinde çalıştığı üç farkı hareketle ilişkilendirilen bir algoritma tasarladı.

Elektrik sinyalleri zayıf ve her katılımcı farklı; bu sebepten komutları birbirinden ayırmak zor, özellikle pilotun tezahüratlar veya adrenalin yüzünden dikkati dağınıksa. Lozan Swiss Federal Teknoloji Enstitüsü’nde düşünce örüntülerini tahmin etmenin daha doğal ve pilotu rahatlatıcı yolları üzerinde çalışan sinirbilimci José del R. Millán, verilen görevler üzerinde sürekli düşünmenin yorucu olduğunu söylüyor.

BCI teknolojisi büyük ihtimal hiçbir zaman gerçek zıplama ve koşma için kullanılmayacak, çünkü kaslara elektrik vermek daha kolay. Fakat eğer bu cihazlar daha ucuz ve hassas yapılabilirse engelli insanlar tekerlekli sandalye ve imleç kullanabilir ve hatta Skype ile bağlanan robotlarla sanal etkinliklere bile katılabilirler. Matran-Fernandez bu cihazların laboratuvarda yapılıp çalışmasının, bunun bir geleceği olduğu anlamına geldiğini söylüyor.

Diğer Saybatlon etkinlikleri daha yaygın kullanılan cihazlarla yapılan büyük adımlara dikkat çekecek. Protez bacak yarışlarında, yarışmacılar merdivenleri, rasgele yerleştirilmiş taşları, yamuk kaldırımları veya kapıları geçmeye çalışacak. Katılımcıların bir kısmı, kuvveti ve ivmeyi belirleyip düşmeyi önlemek için hareketi düzelten akıllı dizler ve bilekler kullanacak.

İşlevsel elektrik uyarıları (functional electrical stimulation, FES) omurilik felçli insanların bisiklet sürmesini sağlıyor.

Fakat yine de en gelişmiş mühendislik tasarımları bile el değmemiş, doğal insan vücudunun yanında sönük kalır. Bir insan kalemi almak için gerçek koluyla uzandığı zaman beyni ve çevresel sinir sistemi kalemin ne kadar uzak olduğunu, her parmaktaki her eklemi ne kadar esnetmek gerektiğini, parmakların alacağı şekli, kavramanın ne kadar zor olacağını bilinçli bir çaba harcamadan düzenleyebilir. Bir tutucu ve kablolardan oluşan standart hareket edebilen protezlerde, kullanıcı her şeyi bilinçli olarak yapmalı. Bu çok fazla çaba gerektirir ve bu sebeple çoğu engelli onları takmamayı tercih eder.

Bu bağlamda araştırmacılar kullanıcıların kas ve sinirlerinden gelen sinyalleri çözen ve hangi hareketi yapmaya çalıştıklarını tahmin eden bir algoritma geliştirmek zorundalar. Burnaby, Kanada Saybatlon ekibi MASS Impact, 1980’de bir tren kazasında sol kolunu kaybeden Kanadalı paralimpik kayakçı Danny Letain ile çalışıyor. Ekip Letain’in takma koluna oturan ve düz butonlardan oluşan bir kol tasarladı.

Elinin hafızasını kullanarak, Letain işaret etmek gibi 11 hareketten birini hayal ediyor. Takma kolundaki kaslar butonlara baskı uyguluyor ve yapay eline Letain’in ne yapmak üzere olduğunu söylüyor. Letain, kayıp kolundaki hayalet ağrıyı artık hissetmemesinden uzun süre sonra parmaklarını kontrol eden beyin devresinin hâlâ doğru çalışıyor olmasından memnun. 35 yıldır kullanmadığı bir şeyi kullandığını söylüyor.

Bazı kollar daha da gelişmiş düzeyde. Gothenburg Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nden biyomedikal mühendisi Max Ortiz Catalan, hem hissedebilen hem hareket edebilen iki yönlü bir protez el geliştirdi (M. Ortiz-Catalan et al. Sci. Transl. Med. 6, 257re6; 2014). Kol geçici olarak kullanıcının kemiğine eklemlendi ve geriye kalan kaslardan proteze motor komutları dağıtan ve parmaklardaki alıcılardan gelen sinyalleri kolun alıcı sinirlerine geri gönderen dokuz elektrot kullandı. Saybatlon pilotu Magnus Niska böyle bir protezi laboratuvar dışında kullanan ilk kişi. Ortiz Katalan Niska’nın nesneleri hissedebilmesinin ona yarışta üstünlük sağlayacağını düşünüyor.

Cleveland Case Western Reserve Üniversitesi’nden biyomedikal mühendisi Ronald Triolo’nun liderlik ettiği bir ekip, FES bisiklet etkinlikleri için benzer bir stratejiye sahip. Omurilik felçli katılımcılar 750 metrelik dairesel yol boyunca pedal çevirecekler. Bergeron gibi çoğu yarışmacı deri üzerinde bulunan ve bacak kaslarını uyaran elektrotlar kullanıyor. Fakat başta alt organ sakatlıkları bulunan ve koltuk değneğiyle yürüyebilen insanların yürümesine yardım eden Cleveland sistemi, ameliyat ile bacak kaslarına uygulanan elektrotları içeriyor. Kullanıcı, harici bir cihaz ile bir menüden “oturmak” gibi bir komut seçiyor. Takılan sinyal üretici, kasları doğru sırada çalıştıran elektrotları aktive ediyor.

Triolo Saybatlon’u duyduktan sonra gönüllülerin egzersiz hareketlerine bisiklet sürmeyi ekleyebileceğini fark etti. Ekibi kullanıcılar için, bacaklarının açısını belirleyen ve pedal çevirdikçe otomatik olarak uyarıları bir bacak iterken diğeri çekecek şekilde değiştiren üç tekerlekli yatarak sürülen bisiklet tasarladılar.

Elektrotları kullanan 27 kişinin tamamı bisiklet sürmeyi denemek istedi. Triolo, onları denemelere tabi tuttuktan sonra aralarından Saybatlon için birkaç yarışmacı seçti. Triolo, İsveç’e gidip yarışmayı kazanmak istediklerini söyledi. Kazanırlarsa bu başarıyı, bir egzersiz programı geliştirmek için sıçrama tahtası gibi kullanmak istiyor.

Gözler ödülde

Triolo’nun bu rekabetçi yaklaşımı, Saybatlon’u ilk duyduğunda ve aptalca bir fikir olarak değerlendirdiğinde verdiği tepkiden çok farklı. Yarışmak yerine uluslararası alanda birlik olmanın bir yolunu bulmak gerektiğini düşünüyor. O ve Riener benzer fikirleri protez alanında çalışan bazılarından hâlâ duyduklarını söylüyor.

Sonunda Triolo Saybatlon’un en azından bir öğrenme deneyimi olduğuna karar verdi. Riener yarışmanın herkese açık yapılmasının yaratıcılığı teşvik etmesini ve araştırmacıların entelektüel bilgilerinin sorgulandığı ve maddi destek elde edebilmek için yarıştığı akademik süreçlerden bağımsız olmasının daha iyi olacağını umuyor.

Harvard Business School’dan ekonomist Karim Lakhani, yarışmanın araştırmacıları işlerini daha çabuk bitirmeye ve onları işe başlamaktan alıkoyan, uygulanabilirlikle ilgili şüpheleri elemeye zorladığını söylüyor. Örnek olarak, 2005’te ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı’nın düzenlediği 2 milyon ödüllü, yıllardır geliştirmesi devam eden, sürücüsüz arabadan söz ediyor. Sonuç olarak yarışma, şimdilerde bu arabaları yollarda test eden Google’ın ilgisini çekti. Lakhani, Saybatlon’un da benzer işlev göreceğini düşünüyor. Saybatlon’da para ödülü yerine sadece madalya verilecek, ama kazananların tanınması motive edici olabilir (K. J. Boudreau et al. RAND J. Econ. 47, 140–165; 2016).

Lakhani’ye göre, ödüllerin en büyük avantajı bilinmeyen katılımcılara büyük ve tanınan oyuncularla yarışma imkânı vermesi. Saybatlon’da bunların ikisinden de fazlasıyla var. Almanya’da bulunan ve dünyanın en büyük protez bacak üreticisi milyon dolarlık Otto Bock HealthCare firması üç Saybatlon etkinliğine dahil oldu. İlki, omurilik sakatlığı olan yarışmacılar için tasarlanan, elektrikli bacak yarışlarında olduğu gibi engellerin konumunu belirleyen elektrikli dış iskelet yarışması. Otto Bock’un pilotu Lucia Kurs bacaklarını omurga tümörü yüzünden kaybetmişti. Şimdi altmışlarında olan Lucia, firmanın ürettiği, diz ve bilekleri normal bacak hareketlerini yapacak şekilde yönlendiren alıcılar, devreler ve motorlar sayesinde günde 12 kilometre yürüyebiliyor.

Otto Bock ürün yöneticisi Christof Küspert, yarışmalara katılıp diğer üreticileri de inceleyeceklerini söylüyor. Aynı zamanda, üniversitelerdeki beklenmedik yenilikçi prototiplerle de ilgilendiklerini ekliyor.

BCI yarışlarında pilotlar ekrandaki oyunda avatarlarını kontrol etmeye çalışacak.

Meksiko’daki INDI Mühendislik ve Tasarım Çalışma şirketinde yönetici olan Jesús Tamez-Duque, Otto Bock’un firmasından 75.000 dolar daha ucuza dış iskelet prototipi yaptı. Cihazın bağlantıları cam silecek motorlarıyla hareket ettirildi ve gövdenin çoğu 3-boyutlu yazıcılarla üretildi. INDI’nin yarışmacısı, merdiven çıkmak, oturmak gibi yapacağı hareketleri çeşitli programlardan seçmek için koltuk değneklerine bağlı bir kumanda kolu kullanacak.

Tamez-Duque, Saybatlon’un işbirliği yapacak özneleri etkileyeceğini ve Meksiko’nun da bu alanda bir oyuncu olduğunu ispatlayacağını düşünüyor. Ona göre, Saybatlon dünyanın her yerinden en iyi robotik laboratuvarlarını bir araya getiren bir yarışma. Yaptıkları gösterim ile diğer insanlara bir şeyler katabileceklerine inandırmak için çalıştıklarını söyledi.

Saybatlon tekrar 2020’de Tokyo’da 7 gün boyunca olacak ve olimpiyatlarla çakışacak. Orada görme bozuklukları olanlar için yeni yarışlar da olacak ve bazı yarışlar stadyum dışında gerçekleştirilecek. Ama ilk Saybatlon’daki yarışmacılar için en ileri teknolojiyle olmak zaten büyük bir heyecan. Bergeron bunun Iron Man ya da Avatar gibi olduğunu söylüyor. Bu, her yerdeki beyin-bilgisayar ara yüzlerinin dış iskeletlerle bir birleşimi.