Kariyeri boyunca robotikçi Barbara Mazzolai ilhamını doğadan aldı. Şimdi ise geliştirdiği teknolojinin çevreye geri vermesini sağlamak istiyor.
Kariyerine biyolog olarak başladıktan sonra Mazzolai, tesadüfi bir fırsatla mühendisliğe yöneldi ve biyo-ilhamlı robotiğin öncülerinden biri oldu. Biyolojinin farklı sorunlara çözüm üretme yeteneği konusundaki bilgisini temel alan Mazzolai, ahtapot, bitki kökü ve hatta tohumlardan esinlenen robotlar geliştirdi. “Canlı organizmalardan her zaman etkilendim. Evrimsel süreç tarafından seçilen doğadaki olağanüstü çözüm çeşitliliği beni büyülüyor” diyor.
İtalyan Teknoloji Enstitüsü
Robotikte başkan yardımcısı; Biyo-ilhamlı Yumuşak Robotik Laboratuvarı direktörü
Pisa Üniversitesi'nde biyoloji alanında yüksek lisans; Pisa'daki Scuola Superiore Sant’Anna'da eko-yönetim ve denetim sistemleri alanında yüksek lisans; Roma Tor Vergata Üniversitesi'nde mikrosistem mühendisliği alanında doktora
Mazzolai şu anda Cenova'daki İtalyan Teknoloji Enstitüsü'nde robotik başkan yardımcısı. Mühendisliğin doğal dünya üzerindeki etkisini de hesaba katması gerektiğine inanıyor. Bu yüzden “sürdürülebilir robotik” adını verdiği yeni bir araştırma alanı savunuyor.
Temmuz ayında Nature Machine Intelligence'de yayımlanan bir manifestoda Mazzolai ve iş arkadaşları, doğa, insanlık ve teknoloji arasındaki ilişkiyi iyileştirmeyi amaçlayan yeni bir robot tasarım yaklaşımı için bir vizyon ortaya koyuyor.
“Teknolojimizin ayak izini azaltmamız gerekiyor” diyor. “Bu gerçekten de robotik ve toplum için yeni olanaklar açmak adına farklı düşünmekle ilgili.” Mazzolai'ye göre bu yeni düşünme biçiminde sürdürülebilirlik tasarımın temel bir bileşeni.
Doğanın çocuğu
Mazzolai, canlı dünyaya olan hayranlığını, İtalya'nın Toskana kıyısında, Livorno liman kentine yakın bir yerde geçen çocukluğuna dayandırıyor. Babası halk sağlığı müfettişi ve profesyonel bir mikologdu. Aile sık sık ormanları keşfediyor ve yerel mantarları ile bitkileri öğreniyordu.
Diğer büyük tutkusu olan sanatla uğraşmayı düşündükten sonra Mazzolai, 1987'de biyoloji okumak için Pisa Üniversitesi'ne kaydolmaya karar verdi. Özellikle deniz biyolojisine ilgi duyuyordu. 1995'te yüksek lisansını bitirmeden kısa süre önce, İtalyan Ulusal Araştırma Konseyi'nin Biyofizik Enstitüsü'nde ağır metallerin, özellikle cıvanın, çevrenin canlı ve cansız bileşenleri arasındaki döngülerini inceleyen bir araştırma pozisyonu elde etti.
Bu çalışma, bu metallerin sağlık ve çevre üzerindeki etkisini anlamak için su, toprak, sebze ve hatta insanlardan örnek toplama ve analiz etmeyi içeriyordu. Mazzolai bu işi Pisa'daki Scuola Superiore Sant’Anna'da çevre yönetimi eğitimiyle dengeledi ve 1998'de yüksek lisansını tamamladı.
Bu dönemde üniversitenin çevresel izleme için yeni cihazlar tasarlamasına yardımcı olacak biyologlar aradığını öğrendi. 1999'da başvurdu ve işi aldı. Ünlü biyorobotikçi Paolo Dario yönetiminde araştırmacı asistan olarak çalışmaya başladı. Önce hava, su ve toprağı izlemek için sensörler, ardından robotlar geliştirdi.
Doktora programına başlamadan önce bile Mazzolai 2004'te yardımcı doçente yükseldi ve kısa süre sonra biyo-ilhamlı robotiğe ilk adımını attı. Sant’Anna'daki meslektaşlarıyla birlikte ahtapottan esinlenen yumuşak bir robot tasarlamasına yardımcı oldu. “Bu fikri başlatmak için bir paradigma olarak önerdik: robotların yumuşak olabileceğini, aynı zamanda hayvan gibi çevreye güçlü kuvvet uygulayabileceğini göstermek için” diyor.
Okula dönüş
2007'de Mazzolai, Sant’Anna'daki görevini sürdürürken Roma Tor Vergata Üniversitesi'nde mikrosistem mühendisliği alanında doktora eğitimine başladı. Robotları için sensör geliştirmek amacıyla mikro-üretim tekniklerine zaten büyük ölçüde güveniyordu ve bu alanı ileriye taşımak istiyordu.
Robotlar genellikle dokunsal veya proprioseptif sensörler gibi algı için tasarlanmış sensörler içeriyor. Mazzolai'ye göre bu sistemler tipik olarak robotun çevresindeki konumunu anlamaya odaklanıyor. “Ancak hareket ettikleri çevreyi gerçekten anlamak için fiziksel veya kimyasal sensörleri entegre eden robot sayısı çok az” diye ekliyor.
“Canlı organizmalardan her zaman etkilendim ve doğadaki çözümlerin olağanüstü çeşitliliği beni büyülüyor.”
Mazzolai 2009'da İtalyan Teknoloji Enstitüsü'nün Mikro-Biyorobotik Merkezi'nde ekip lideri olarak atandı ve biyo-ilhamlı robotik alanındaki çalışmalarına devam etti. İki yıl sonra doktorasını tamamladı ve merkezin direktörlüğüne yükseldi.
Tohumları ekmek
Mazzolai bu dönemde yeni robot türleri için model olarak bitkileri kullanmaya ilgi duymaya başladığını söylüyor. Bu ilgi, biyo-ilhamı sadece hayvanların ötesine taşıyordu. Özellikle köklerin yeraltı ortamını verimli şekilde keşfetme yeteneği onu büyüledi. Aynı çevikliği gösteren makinelerin çevresel modelleme ve hassas tarımda uygulamaları olabileceğini hayal etti.
Birçok biyo-ilhamlı robot hayvanları taklit ederken, bitkiler de Mazzolai için bir ilham kaynağı. Bu sarmal benzeri robot, bir asma gibi diğer yapılar etrafına dolanabiliyor. İtalyan Teknoloji Enstitüsü
Fikri ilk önerdiğinde meslektaşları görünüşte hareketsiz organizmalara dayalı robotlara şüpheyle yaklaştı. Ancak Mazzolai'ye göre gerçekte bitkiler durmaksızın hareket ediyor; buna belirsiz büyüme deniyor. “Gerçekten yaşamları boyunca büyüyorlar” diyor. “Morfolojilerini, davranışlarını dış çevreye göre uyarlıyorlar; onarıyor, algılıyor, iletişim kuruyorlar.”
Ancak geleneksel robotikten bu kadar farklı prensiplerle çalışan bir sistemi taklit etmek ciddi düşünme gerektiriyordu. Mazzolai, biyo-ilhamlı robotikte çalışmanın bazen “iki ayrı beyne” sahip olmayı gerektirdiğini söylüyor; biri biyolog, diğeri mühendis.
Süreç genellikle, taklit edebilecek bir robot tasarlamadan önce hedef organizmanın nasıl çalıştığını şekillendiren temel ilkeleri öğrenmek için derinlemesine bir çalışma gerektiriyor. Mazzolai, “Bu doğal organizmaların bir kopyası değil” diyor, çünkü canlı bir organizmayı kopyalamak hem zor hem de farklı amaçlara sahip.
Bitki kökleri söz konusu olduğunda, toprağı bu kadar verimli keşfetmelerini sağlayan şey, yapının çok ince ucunda sadece orada büyüerek sürtünmeyi azaltmaları; kökün daha kalın tabanı hareketsiz kalıyor. Bu, tüm yapıyı yukarıdan itmesi gereken geleneksel bir matkapla kıyaslandığında toprağın içinden geçmek için gereken enerji miktarını ciddi şekilde düşürüyor.
Bu prensibi bir robotta gerçekleştirmek için ekibi, makinenin ucuna yerleştirilen ve ısıtılmış bir nozülden termoplastik filament besleyerek arkasında yılan benzeri bir gövde oluşturan minyatür bir 3D yazıcı geliştirdi. Bu sayede robot toprağın içinden verimli şekilde ilerleyebiliyor. Uç ayrıca engellerden kaçınmasına ve yakındaki besin veya suyu algılamasına olanak tanıyan sensörler içeriyor.
Robotikliği sürdürülebilir kılmak
Kariyerinin büyük bölümünü doğadan ödünç alarak geçirdikten sonra Mazzolai şimdi karşılık vermeye istekli. Plastikler ve araba pilleri de dahil olmak üzere birçok modern teknoloji, yaşam döngülerinin sonunda çevreye nasıl etki edeceği hakkında çok az düşünülerek geliştirildiğini söylüyor.
Robotiklerin aynı yolu izlememesini istiyor. Bu, onun ve iş arkadaşlarının şimdi “sürdürülebilir robotik” adını verdiği yaklaşımın ilham kaynağı. Yaklaşımın üç temel direği var: robotların çevre üzerinde minimum etkiye sahip olması; dünyanın dört bir yanındaki ve tüm sosyoekonomik geçmişlerden insanlara ulaşabilir olması; ve “simbiyotik” olması, yani hem insanlara hem de doğaya fayda sağlaması.
Daha somut olarak Mazzolai, robot tasarımına yaşam döngüsü kavramını dahil etmek istiyor; böylece bu makineler faydalı ömürleri sona erdiğinde yeniden kullanılabilir, geri dönüştürülebilir veya hatta biyolojik olarak parçalanabilir.
Bu iddialı gelebilir ama Mazzolai, bunun gerçek olması için gerekli tüm bileşenlerin hazır olduğuna inanıyor. Ve bu vizyonun gelecekteki robotikçileri ilhamlandıracağından emin. “Bu alan gerçekten çalışmak isteyen genç insanlar var çünkü bu gelecek, onların geleceği” diyor. Süregelen çevresel zararın tehdidiyle karşı karşıya kalan bu gençler, “yardım edebilecek bir şey geliştirmek istiyor.”