Ergonomi’nin Biyomimikri ile İşbirliği - Mühendis Beyinler
Ana Sayfa Endüstri Mühendisliği Ergonomi'nin Biyomimikri ile İşbirliği
Yüzyıllar boyunca kişiler problemlerine etkili çareler keşfedebilmek için değişik yollar denemişlerdir. Bilhassa, tasarımcılar ve mühendisler özgünlüklerini konuşturmak ve tasarımda söz sahibi olabilmek için yaratıcı ve yenilikçi çarelere yönelmişlerdir. Bu yeniliğe ilham veren mühim bir kaynak da doğa’dır. Altun “Doğanın İnovasyonu” adlı kitabında firmalar için “İnotaklit” yeteneğininden bahseder. Yazara göre, inotaklit değer oluşturabilmek için kısaca ‘gelişmek için imitasyon, ilerlemek için inovasyon’ yeteneklerinin harmanlanmasıdır. Yazar doğanın yeni iş modelleri, değişik tasarımlar ve yaratıcı çözümler adına mühim bir kaynak olduğundan bahseder. Biyomimikri, latince bios (hayat) ve mimikos (taklit) kelimelerinden türemiştir. Biyomimikri aslında hayat ve doğayı taklit etmek üzere doğadan feyz alan tasarım olarak anılır ve mühim bir yenilik kaynağıdır.
Biyomimikri yalnızca doğadaki gözlemlerin direkt ürüne aktarılması değil, aynı anda biyoloji bazlı olguların, ürünlerin ve/veya süreçlerin özgün olarak geliştirilmesinde kullanılması olarak da adlandırılabilir. Böylece, Altun’un bahsettiği gibi biyomimikri ‘insanların doğada bulunan sistemleri taklit ederek yaptıkları maddelerin, aletlerin, mekanizma ve sistemlerin’ bütününü içeren bir bilim dalıdır. Problemlere çözüm bulmakta esas olarak nasıl yapabiliriz sualinden, daha iyi nasıl yaparız sorusuna bilim ve teknoloji rehberliğinde mühim bir katkı alanı olmaktadır. İnsan, makina, iş ve sistemlerin adaptasyonu adına biyomimikri ergonomi branşında da katkı sağlayabilmektedir. Bilhassa iş sağlığı ve iş güvenliğinin temini, yorulmanın ve iş stresinin hafifletilmesi, iş kazalarının ve mesleki risklerin azaltılması, işgücü kayıplarının önlenmesi ve verimliliğin ve kalitenin yükseltilmesi gibi ergonominin amaçları değerlendirildiğinde biyomimikri değer yaratabilecek yenilikçi bir alandır.
Biyomimikri ve Dizayn
Biyomimikri tasarım ve tasarımcıyı sürece dahil ederek doğadan ilham alarak yaratıcı çözümler geliştirmeyi hedefler. Doğa’nın 3.8 milyar yıllık tecrübesini artık mevcut araçlar ve yeteneklerle inceleyebilme olanağımız artmıştır. Günümüzde enerji verimliliğine ve sürdürülebilirlik gibi kavramlara verilen önemde doğaya dönüşü anlatmaktadır. Bu alanda önemli çalışmalar yapan Benyus biyomimikriyi insanların problemlerine çare bulmak adına doğa’nın modellerini inceleyen, taklit eden ve ilham alan yeni bir bilim olarak ifade eder. Bu doğrultuda doğa’nın tasarımlarında 9 temel özellik sıralar:
Güneş ışığından faydalanır
İhtiyacı olan enerjiyi kullanır
İşleve uygun form yaratır
Herşeyin geri dönüşümünü sağlar
İşbirliğin ödüllendirmesini destekler
Çeşitlilik üzerine yatırım yapar
Yerel unsurlardan faydalanır
Fazlalıkları uzak tutar ve
Bu prensipler dahilinde sadece ürünlerin değil, aynı zamanda altyapıların ve süreçlerinde bu doğal tasarım yolunu takip edebilmesi mühimdir. Benyus doğayı bir model, ölçüt ve mentor olarak görmeyi anlatır. Primlani ise Benyus’un temel çalışmasına ek olarak biyomimikri enstitüsünün tasarım prensiplerini aşağıdaki gibi sıralar:
Yaşayabilmek için gelişmek
Büyümeyi gelişmelerle uyumlaştırmak
Yerel ihtiyaçlarda farkındalık ve sorumluluk oluşturmak
Doğa uyumlu kimya kullanmak
Kaynaklarda verimli olmak.
Tüm bu tasarım prensiplerinde aslında sistem vurgusu vardır. Sistemlerin zaman içinde gelişerek, adaptasyon gösterebilmesi, altyapılarını yerel kısıtlar ve koşullar dahilinde uyumlaştırması, çevreye zarar vermeden ve az kaynak kullanarak daha sürdürülebilir ve hep yeni kalabilen tasarımlar yaratabilmektir. Örneğin, kendi kendine bacak, kuyruk ve göz geliştirebilen semender hayvanı gibi, kendini yenileyebilen araba ve eskimiş ve yıpranmış sistemlerin düzenlenmesi, iş kazalarının önlenmesinde de önemli vazife üstlenebilecektir. Biyomimikri kullanarak yenilik yapmak iki şekilde ilerleyebilir: biyolojiden tasarıma yada tasarımdan biyolojiye. İlkinde, bir tasarım engelini biyolojik bir fenomenden yararlanarak çözümlemek hedeflenmektedir. Örneğin geko kertenkelesinin ayaklarındaki yapılar yüzeylere uyum sağlamasını kolaylaştırır. Bu fonksiyon kullanılarak geko yapışkanı geliştirilmiştir. Geko kertenkelesinin ayak yapısı ise Nike firmasının dağcı ayakkabası geliştirmesine ilham olmuştur İnsan yapımı radarların daha verimli çalışması adına yarasaların çok frekanslı ileticilerinden faydalanılabilir.
Yine tehlikeli işlerde zırh yaratmak için hamam böceklerinin yüzeylerinden, uzun mesafelerde pusula ve harita olmadan arılar ve kuşlar gibi adapte olabilmek, yada çelikten daha sağlam ağlar yaratabilmek için örümceklerin ağlarına bakmak önemlidir. Tasarımdan biyolojide ise bir tasarım engelini, temel bir fonksiyonda toplayıp, farklı organizmalar ve ekosistemlerin bu sorunu nasıl aştığı üzerine çalışabilmek yatar. Buna misal olarak otomotiv endüstrisinin aerodinamik sorunun aşabilmek için Box balığından faydalanması örneklenebilir. Yüzücülerin daha hızlı yarışabilmesi için köpek balıklarının yüzeylerinden ilham alması da şaşırtıcı değil. Boya sanayisinde ise su tutmayan ve kirlenmeyen boya yüzeylerinin oluşturulmasında yine doğa’daki lotus çiçeğinden faydalanılmıştır. Lotus çiçeği’nin doğal yaprak yapısı kir parçacıklarını hep atıp, yaprak yüzeylerini hep temiz tutar. Lurie-Luke çalışmasında biyomimikri’nin hangi alanlarda yaygın olduğunu araştırmıştır. Burada en yaygın alan malzeme geliştirme olarak görülmektedir. Bu da kendi içinde sırasıyla dört başlık altına ayrılmaktadır
Dışsal uyaranlara karşı tepki verebilen akıllı malzemeler
Yüzey topografisini ilgilendiren yüzey düzenlemeleri
Yeni şekiller ve yapıları bünyesinde bulunduran malzeme mimarisi
Mevcut sistemlerin parametrelerinin düzenlenmesi ve iyileştirilmesi adına yapılan çalışmalar olarak özetlenebilir.
Diğer bir yaygın alan ise hareketlilik kabiliyetlerinin artırılması üzerinedir. Burada kinetik bilimden faydalanılarak yapılan iyileştirici düzenlemeler, mevcut düzeneklerin anlaşılması ve yapısal değişikliklere gidilerek enerji tasaruflu etkin sistemler oluşturulması hedeflenmektedir.
Biyomimikri alanında yaklaşımlar
Biyomimikrinin nasıl uygulanacağı konusunda iki temel seviyede uygulama ve görüş farklılığı vardır. İndirgeyici (reductive-shallow) ve bütünlüğe ait (holistic-deep) biyomimikri olarak iki temel görüş vardır. Uygulamalarda indirgeyici bakış açısı daha yaygındır. Burada amaç biyoloji temelli teknolojilerin mühendislik/tasarım alanında yaygınlaştırlmasıdır. Bütünlüğe ait biyomimikride ise ürün tasarımlarının ekolojik olarak sürdürebilir ve doğaya zarar vermemesi prensibi üzerine bir yaklaşım takip edilir. İndirgeyici biyomimikri aslında doğadaki formları taklit ederek belli sahalarda bilgi birikimini artırır ve çeşitlendirir. Öte yandan, diğer uçtaki bütünlüğe ait biyomimikri ise ‘eko-tasarım’ yapabilmeyi ve ekosistemlerin taklit edilmesinden yola çıkar. Bu iki ucun arasında ise doğal süreçlerin taklit edilmesi vardır. Doğada üretim süreçleri çevreye zarar vermez ve en faal biçimde çalışır. Burada otomatik açılıp kapanan kalp kapakçıklarından ilham alınarak, bisikletçilerin kendi kendine kapanıp-açılan su şişesi tasarımlarıda örneklenebilir. Ergonomi’de indirgeyici biyomimikri özellikle alet tasarımlarında değerlendirilebilir.
Ergonomik alet tasarımında kaymaz yüzeylerin oluşturulması, tutuş kuvvetini azaltacak biyomekanik özelliklerden faydalanılmak yapılan el aletleri bu alandan ilham alabilir. Bütünlüğe ait biyomimikriyi de özellikle çevre koşullarının iyileştirilmesi ve akıllı binaların geliştirilmesi ile mümkün olabilecektir. Güneş ışığına duyarlı doğal aydınlatmalar, ‘nefes’ alabilen duvar yüzeyleri, kendi atıklarını tekrar değerlendirip kullanan yapılar özellikle işyeri verimi ve çalışma koşulları açısından da önemli katkılar sağlayabilmektedir. Örneğin, hava koşullarının kontrolünde bitkilerin güneş ışığını tutarak enerjiye çevirmesinden yola çıkarılarak nanoteknolojik paneller geliştirilmiştir.
İleride bu bilginin, binalardaki cam yüzeylerinde değerlendirilmesi hem enerji verimliliği hemde ortam koşullarının kendi kendine adapte edebilen sistemler haline gelebilmesi açısından çok önemli ve değerlidir. Lakhtakia ve Martin-Palma biyomimikride tasarımı üç temel yaklaşım altında inceler. İlk yaklaşımda, bir fonksiyonel sistem başka organizmalarla kıyaslanarak incelenir. Burada amaç, farklı organizmaların aynı fonksiyonu nasıl gerçekleştirdiklerini (ör. Uçmak, yürümek, yemek yemek ) inceleyerek , bu fonksiyon hakkında daha detaylı bilgiye ulaşabilmek ve aynı soruna çözümünün çeşitliliğini ortaya koyabilmektir. İkinci yaklaşımda ise model organizma tek başına incelenir. Burada amaç organizmaların çeşitliliğini anlamak değil, mevut işleyişi ve organizma/sistem anlayışını detaylandırabilmektir. Üçüncü yaklaşım ise teoriye ve modellemeye dayanır. Sanal deneylerle doğadaki dinamikler keşfedilmeye çalışılır. Bu sistemlerin taklit ederek laboratuvar ortamlarında yapay olarak oluşturulması ve farklı koşullarda sınanarak, tasarım hakkında detyalı bilgi öğrenilmesi ve mevcut tasırımlarında iyileştirilmesi hedeflenmektedir.
Biyomimikri’nin ergonomi alanındaki önemi
Doğal tasarımın temel özellikleri arasında değişken, sert ve rekabetçi koşullara karşı ayakta durabilen sürdürülebilir yapılar oluşturabilmektir.
Matthews biyomimikrinin aslında temel doğa tasarımında varlıkların ve sistemlerin kendi koşullarını iyileştirmek ya da varlıklarını sürdürülebilme temeline dayandığını belirtir. Ergonomi’nin önemli katkı alanları içerisinde antropometri, çalışma ortamı ve fiziksel çevre, iş ve işyeri düzenleme, ergonomik tasarım ve ergonomik yaklaşım gelmektedir. Bu alanlarda biyomimikriyi nasıl kullanabileceğimizi aşağıdaki gibi örneklendirebiliriz ve ileride biyomimikri alanındaki başka etkin uygulamaları çeşitlendirerek ergonomi alanına da katkı sağlayabiliriz:
Antropometri insan vücudunun boyutlarıyla ilgilenen bilim dalıdır. Özellikle indirgeyici biyomimikri alanı bu sahaya ışık tutabilecektir. Arılar ve sineklerin bileşik gözlerinden esinlenerek, 360 derecelik kameralar üretilmiştir. İnsanların görüş açıları açısından etkinlik derecelerini artırabilmek önemlidir. Örneğin, gözün hareket kabiliyeti, yatay düzlemde her yön icin 70 dererce, yukarı doğru hareket için 40 derece ve aşağıya doğru hareket için 60 derecelik bir görüş açısını kapsar. Bu doğrultuda, fiziki kısıtlarımızı daha etkin kullanma konusundaki çabalarımız bu alandaki örneklerle geliştirilebilir. İşe uygun ekipman ve elbise seçiminde ise dayanıklılık, esneklik ve rahatlık önemlidir. Burada kullanım zorluğu yaratmayacak ama aynı zamanda azami koruyuculuk görevini sürdürebilmesi adına hamam böceği ve lotus çiçeği örnekleri yeni tasarımlar için yeni bir ilham oluşturabilir.
Çalışma ortamı ve fiziksel çevre koşulları içerisinde gürültü,titreşim, aydınlatma ve hava koşulları ilk akla gelen unsurlardır. Amerikalı bilim adamları karanlıkta görmeyi sağlayan damla geliştirdiler. Bu damla denizin derinliklerinde, ışığın olmadığı bölgelerde yaşayan balıkların gözlerinden alınan Chlorin e6 (Ce6) adlı bir kimyasal ile mümkün olmuştur. Bu tür benzer uygulamalar iş kazaları ve işyerinde verimi artırabilmek adına önemli uygulamalar olarak gözükmektedir. Yine benzer bir uygulamayla renklendirme kullanmadan doğal aydınlatma için ışık ve kristallerin yapılarından faydalanabilmek mümkündür. Anhidrobiyoz hücrelerin bozulmasını önleyen bir mekanizmadır. Bazı karides türlerinde ve mikro organizmalarda bulunan bu mekanizma, organizmanın kendi dış çepherini kurutarak, içindeki hücrelerin sağlamlığını korumayı hedeflemektedir. Bu yaklaşımdan ilham alan biyomimikri tasarımları karbon ‘ayak izi’ ve iş yerlerinin enerji tüketimlerini azaltmayı hedeflemektedir. Kaynakları koruyarak ve israf etmeden kullanmak hedeflenmektedir. Bu tür benzer sistem yaklaşımları çevre koşullarının düzenlenmesinde ergonomi alanında da değerlendirilebilir. Örneğin, benzer uygulamalar, bir iş yerinde ortam sıcaklığının, nem ve hava akışının kontrol altında tutulabilmesi, mekanların doğal iklimlendirilmesi ve korunması konusunda daha az maliyetli birer alternatif olabilecektir.
İş ve işyeri düzenlemede insanların aktivitelerinin geniş bir örgütsel çevrede gerçekleştiği bilinci yatar. Bu doğrultuda iş düzenlemelerinin, işlerin ve iş yerlerinin tasarımı verimlilik açısından önemlidir. Joinlox firmasının geliştirdiği ürün kutu, boru ve diğer depolama ve taşıma ekipmanlarının etkinliğini artırabilmek adına önemlidir. Doğadaki midyelerin kayalıklara tutunup korunmasından yola çıkan firma özellikle birbirine geçen ve kolayca uyum sağlayan yapılar oluşturmayı hedeflemektedir. Bu tip sistemler mevcutta taşımacılık faaliyetlerini kolaylaştırdığı gibi, özellikle taşınabilecek ideal yükün oluşturulması ve bu doğrutluda bunun için gerekli iş yeri düzenlemesini yapabilmeyi de kolaylaştırmaktadır. Burada iş akışlarının düzenlenmesi, koridor ve geçiş alanlarının düzenlenmesi, malzemelerin/ekipmanların doğru stoklanarak daha kolay erişilerek zaman kayıpları ve iş kazaları engellenerek daha verimli sistemler oluşturulması hedeflenmektedir.
Ergonomik tasarım kullanılan alet ve gereçlerin kullanıcıyla uyumlu olması ve bu araçların kullanımında etkinliğin artmasını kapsamaktadır. Lurie-Luke çalışmasında biyomimikrinin başlıca malzeme bilimi adına katkılarından bahsetmiştir. Yazarın belirtiği malzeme bilimi çalışmalarını, ergonomi için düşünürsek kaymaz, yanmaz ve kirlenmeyen yüzeyler oluşturulması doğru alet tasarımıyla iş veriminin artırılması ve işyerinde etkin kaizen-5S faaliyetlerine de destek verebilmek adına önemli bir yenilikçi yaklaşımdır. Süreçte ve iş yapış tarzındaki verimlilikler ergonomi alanında da farkındalık yaratacaktır.
Ergonomik yaklaşım, bütüncül bir anlayış ile sistematik çalışma vurgusunu ortaya koymaktadır. Burada doğadaki bal arıları yada karınca kolonilerinden ilham almak mümkün olmaktadır. Karıncaların ağırlıklarının 40 katı taşıyarak, kolonilerinde kazaya sebebiyet vermeden koordineli olarak çalışabilmeleri, işlerin tasarımında, yaygınlaşırılmasında ve bal arılarında olduğu gibi bir sistematik ile ortaya konulabilmesine olanak verecektir. Burdaki sistem bakış açısı, planlama ve koordinasyon gereksinimleri birçok endüstri mühendisliği çalışma sahasına da katkı sağlayacaktır. İşetüdü, ergonomi, tesis planlama ve proje yönetimi gibi konularda doğadaki kaynak, sistem ve süreç planlama etkinliğinden faydalanabilir.
Gelecek için biyomimikri
Biyolojik sistemlerin kıt kaynaklara ve zorlayıcı koşullara nasıl etkin bir şekilde adapte olduğunu gözlemleyebilmek biyomimikri için önemlidir. Gerçek sistemlerde kaynak kullanımını ve süreç yönetimini buradaki ilhamla düzenleyebilmek yeni ve zengin bir saha olarak karşımıza çıkmaktadır. Verimlilik artırıcı uygulamalar değerlidir. Biyomimikri uygulamalarının etkinliğini artırabilmek adına Da Vinci Endeksi geliştirilmiştir. Bu endeks doğadan ilham alan ve icatlarını ve çizimlerini günümüze taşıyan 15. yüzyıl muciti Leonardo da Vinci’den esinlenmiştir. Da Vinci Endeksi sanayide biyomimikri’nin yaygınlığını gözlemleyen ve kullanılabilirliğini artırmaya yönelik teknoloji ve tekniklerin gelişmesini sağlayan bir endekstir. Amaç, doğal kaynakların yok olmasını yavaşlatmak ve etkin kaynak kullanımıyla yaygınlaştırmak ve ülkeleirn ekonomilerine kazanım sağlamaktır. Bu endeks, biyomimikrinin tasarımların ve işlerin iyileştilmesindeki önemi ve kaynak etkinliğindeki rolünü vurgulamaktadır. Aslında hem ekonomik fayda sağlaması , hemde çevre duyarlılığını artırması biyomimikrinin gelecekteki kullanım amacını da desteklemektedir. Gelecekte sürü zekası (swarm intelligence) biyomimikride önemli bir katkı sahası olması öngörülmektedir. Sürü zekası, sürü hareketlerinden esinlenmektedir. Burada arı kovanları, karınca kolonileri ve balık sürülerinin bireysel değil toplu hareket ederek ortak amaca yönelmeleri söz konusudur. Özellikle takım lideri olmadan en iyi şekilde organize olabilmek, sistemlerin ve sistem bileşenlerinin etkin şekilde yönetilmesi adına önemli bir katkı olduğu söylenebilir. Bu sistemlerin sürdürülebilir olabilmesi adına bütünlüğe ait biyomimikri uygulamalarının artması gerekmektedir. Burada tartışma konusu mevcut sistemlerin iyileştirilmesi ve/veya sürdürülebilir sistemlerin tasarlanmasında hangisinin öncelliklendirilmesi gerektiğidir.
Biyomimikri halkın ve kişilerin sorunlarına çare olmak için hesaplı ve çevreye duyarlı bir çalışma alanıdır. Doğa’daki sistemler yüksek etkinlikleri, az israfları ve sürdürülebilir biçimleriyle örnektir. Ergonomi insanın biyolojik ve davranışsal özelliklerini örnek alarak yapılan çalışmanın, çalışılan iş çevresinin ve kullanılan ekipmanların faaliyet miktarını yükseltmeyi amaçlamaktadır. Biyomimikri ve ergonomi beraber işleme konduğu vakit çalışmanın ve çevrenin dizaynı için faal bir çözümdür. Ergonomi bireyin işe, işinde bireye adaptasyonu açısından mühimdir. Biyomimikri ergonomi alanının geliştirilmesi, organize edilmesi ve daha faal çözümler ortaya koyması için mühim bir alandır. Yeni bulgularla birlikte daha da çok tatbikat sahası keşfedilmesi kaçınılmazdır. Ergonomi dalıyla meşgul olanların problemlerini doğadan örnek alarak analiz etmesi, çalışma, çalışma sahası ve çevre dizaynında da mühim bir kıymet yaratacaktır.
Sonraki İçerikEn Genç Gezegen Hangi Gezegendir
Kemal beziroğlu Haz 19, 2018 at 11:30
Utkay yazın çok detaylı. Bilimsel makale okuyan az olacaktır.
Mikro teknoloji her bakımdan gereklidir bir adım ileri manyetik teknolojidir. mesela manyetik laze rile katı holgoramlar yapmak eşya araç tasarlamak mümkün. Hologram kıyafetler hatta şehirler kurmak mümkün. Katı olduğu için elle tutulur ve kullanılırlar.
Mikro devreler teleskoplarda da kullanılabilir. Teleskop ile elektron mikroskopu birleştirilirse büyütme gücü 5 milyon x artacaktır. Basitçe nano altın plakayı vuran fotonların yaydığı enerji x ışınınıdaki kırılma ile ölçülür ve bilgisayarda modellenir. Aydaki karıncayı görebilir.Konun çok detaylı olduğu için fazla yazmıyorum. Mühendislere selamlar.