Basit Hayvanların Elektro-Mekanik Bir Modeli (1958)

William R. Sutherland
Malcolm G. Mugglin

Scarsdale ve Troy, N.Y.

(Kısmen, W. R. Sutherland ve M. G. Mugglin tarafından Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, N.Y., Elektrik Mühendisliği Bölümü’ne sunulan bir teze dayanmaktadır.)

Konumuz, yeni ve görece az keşfedilmiş bir alanda yer almaktadır: canlıların bazı özelliklerini taklit eden bir makine yapmak. Bunu gerçekleştirmek, elektronik ile biyolojinin bir birleşimini gerektirir; ancak birbirinden bu kadar uzak iki alan arasındaki boşluğu doldurmak zordur.

Bununla birlikte, basit hayvan yaşamının bazı elektro-mekanik modellerini kurduk ve inceledik; bu makalenin amacı, incelediğimiz ve geliştirdiğimiz şeyleri rapor etmek ve bazı sonuçlarını tartışmaktır.

Otomatlar ve robotlar üzerine gerek kuramsal olarak gerekse çalışan modellerle incelemeler yapmış olan W. Grey Walter, Claude Shannon, W. R. Ashby ve diğer bilim insanlarına olan borcumuzu belirtmek isteriz. Örneğin, İngiltere’de W. Ross Ashby, homeostat adını verdiği bir aygıt geliştirmiştir. Bu aygıt, dürtüldüğünde rahat bir konum bulan ve tekrar uykuya dalan bir kedi gibi davranır. Çok sayıda olası kararlı duruma sahiptir; bu nedenle ne zaman rahatsız edilse, yeni bir kararlı duruma ulaşıncaya kadar sistemli bir arama yapar.

W. Grey Walter, kurduğu ve biyolojik bir adla Machina Speculatrix olarak adlandırdığı elektro-mekanik bir canlının “yaşamı ve alışkanlıkları”na dair bir anlatım yayımlamıştır. Bir odaya veya başka uygun bir ortama konulduğunda hemen keşfe başlar, sikloidal bir desen izleyerek dolaşırdı. Speculatrix, ışıkları incelemek üzere dolaşmasını keserdi. Orta şiddetteki ışığa çekilir, güçlü ışıktan ise uzaklaşırdı. Bir engele çarptığında, kurtulana kadar geri gider ve dönerdi. Bir engelden kaçma süresi boyunca Speculatrix’in ışıklara hiçbir ilgisi olmazdı. Bu tek amaçlılık, bir ikilemin boynuzlarına takılıp kalmaması için gereklidir.

Aynı şiddette iki ışık arasında da sıkışıp kalmaz, önce birine sonra diğerine giderdi. Üzerindeki bir pilot lambası sayesinde kendini aynada tanıyabilme yeteneğine de sahipti. Son olarak—ama hiç de önemsiz olmayan bir özellik olarak—bataryası zayıflamaya başladığında “kulübesini” arar ve şarj edilmek üzere oraya giderdi. Daha sonra hayvana, öğrenebilmesini sağlayan bir eklenti takıldı. Bu, koşullanmış refleks benzetmesini içeriyordu; böylece “ses ışık demektir” şeklinde eğitilebiliyor ve bir düdük sesi duyduğunda odaya geliyordu.

Günümüzde, elektronik olarak denetlenen makinelerin davranışları ile bazı hayvanların davranışları arasında benzerlikler bulunduğu giderek daha açık hale gelmektedir. Hesaplama makinelerini bize mantıklı görünen işlemleri gerçekleştirecek şekilde tasarladığımız için, hayvanların sergilediği bazı eğilimleri ve duyarlılıkları göstermelerine bu kadar şaşırmamalıyız; yine de şaşırıyoruz. Bir şekilde, makinelerin canlıya benzer bir tarzda davranabileceğini kabul etmekte zorlanıyoruz.

Elektro-mekanik bir model, taklit ettiği hayvana kıyasla birçok avantaja sahiptir. Parçalar değiştirilebilir, daha yakın denetim ve ölçüm mümkündür ve ilgili mekanizmalar hakkında daha iyi bir anlayış sağlanabilir.

İstenilen Özellikler

Hayvanlarda doğal olarak bulunan bazı özellikleri makinelerde gerçekleştirmek zordur. Öğrenme ve unutma problemi bunlardan biridir. Hesaplama makineleri anında öğrenir ve bilgi silinene kadar onu eksiksiz biçimde saklar; silindiğinde ise anında unutur. Bu, bir hesaplama makinesi için arzu edilen bir özelliktir, ancak yavaş öğrenip yavaş unutan yaşamın bir özelliği değildir.

Aynı itiraz, Claude Shannon’ın mekanik faresine de yöneltilebilir; bu fare, bir labirentte duvarlara çarpa çarpa ilerler ve sonunda hedefine ulaşır. Labirentten ikinci kez geçtiğinde yolunu kusursuz biçimde hatırlar ve hiç hata yapmaz. Makine kapatılıp bellek temizlenmedikçe unutmaz. Daha canlıya benzer bir model, tekrarlanan denemeler yoluyla kademeli olarak öğrenmeli ve deneyim tekrarlanmazsa yavaş yavaş unutmalıdır.

Bir başka problem de, bir tür öngörülemez ya da deneysel davranış elde etmektir. Bu oldukça çetrefilli bir problemdir ve geliştirdiğimiz makinelerde yalnızca sınırlı bir biçimde çözülmüştür; ancak makinenin düşük zekâ düzeyiyle çelişmeyen bir şekilde. Makine, belirli bir durumla karşılaştığında aralarından seçim yapabileceği bir dizi alternatife sahiptir. Hangi alternatifi seçeceği, birazdan göreceğimiz gibi, öğrenme problemiyle bağlantılıdır. Bununla birlikte, modelin çoğu araştırmacı için ilgi çekici olabilmesi için bir miktar öngörülemez olması gerektiği açıktır.

Canlıya benzer bir makineye kazandırılması gereken bir diğer önemli özellik meraktır. Yabancı bir ortama yerleştirildiğinde bir hayvan keşfe başlar ve çok çeşitli durumlarla karşılaşır. Bu özellik, önceki modellerimizden birinde yoktu. Tembel şey, eğlenceli bir şeyler aramakla uğraşmıyor, bunun yerine uyarıcı bir şey gelene kadar boş boş oturmayı tercih ediyordu.

Bir hayvan modelinin, çevresiyle yalnızca yüzeysel olmayan bir ilgiye de sahip olması gerekir. Bir güve gibi bir ışık gibi bir hedefi etkin olarak aramalıdır. Merak ile hedefe yönelme birlikte, üzerine daha karmaşık davranışların inşa edilebileceği bir temel sağlar.

Elbette böyle bir modelin keşifleri sırasında birçok engelle karşılaşması kaçınılmazdır. Bu tür "tökezleme taşlarından" kaçabilmek için bazı araçlar sağlanmalıdır.

Bu mekanik hayvanlardan oluşan bir grup ya da küçük bir toplumun da çok basit bir biçimde iletişim kurabilmesinin bir yolu olmalıdır. Bu özellik olmadan, herhangi bir işbirliği ya da benzer grup davranışı elde etme şansı çok az olurdu.

Son olarak, yaşamın görünümünü taklit eden modeller ile canlı organizmaların davranışını taklit edenler arasında bir fark olduğunu vurgulamak önemlidir. Bir zamanlar piyasada bu noktayı oldukça iyi gösteren bir oyuncak böcek vardı. İki arka tahrik tekerleği ve önde enine yerleştirilmiş bir tahrik tekerleği bulunuyordu. Dinlendiği masa yüzeyiyle temas halinde olan bir algılayıcıya sahip olacak şekilde yapılmıştı ve bu algılayıcı, enine tahrik tekerleğinin masaya temas etmesini engelleyecek kadar uzun ve uygun bir konumdaydı.

Böcek, algılayıcısı kenardan aşağı düşene kadar ileri doğru giderdi. Daha sonra enine tahrik tekerleği masaya düşer ve böceği kenardan uzağa çevirirdi. Aynı tür bir mekanizma bir oyuncak otomobile de monte edilmiştir. Önemli olan bunun bir böceğe mi yoksa bir otomobile mi benzediği değil, burada düşmanca bir çevrede kendini korumaya yönelik yerleşik bir "içgüdü"ye sahip bir mekanizmaya sahip olmamızdır.

Bunlar, hayvansal yaşamın bir modelinde arzu edilen bazı özelliklerdir; ancak bu özelliklere sahip çalışan bir mekanizma tasarlamak bazen hiç de küçümsenmeyecek büyüklükte bir sorun olur.

Elektro-Mekanik Hayvanlar için Güç

Tüm yaşam, bir tür besinden elde edilen enerjiye dayanır. Bir yaşam modeli de benzer şekilde enerji elde etmeli ve bunu gelecekteki kullanım için depolayabilmelidir. Ancak, bir model hayvan için güç kaynağı seçimi bir ölçüde sınırlıdır. Güç kaynağı taşınabilir ve dolayısıyla makul derecede hafif olmalıdır; "yemek zamanları" dışında çevresinden bağımsız olmalıdır; ve yapımı çok zor olmamalıdır.

Bir benzinli ya da buharlı motor hafif ve kolayca "beslenebilir" olurdu; ancak tahrik tekerleklerine bağlanmasının zor olmasının yanı sıra, uygun bir boyutu da mevcut değildir. Ayrıca, dumanlar da bir sorundur.

Basınçlı hava daha iyi bir güç kaynağı olurdu. Bir hava tankı ve bir silecek motoru ile denemeler yaptık ve bu sistemin çalışmasına rağmen kontrolünün çok zor olduğunu gördük. Ayrıca, yüksek basınçlı hava kolayca temin edilemez.

Bir akü en pratik seçenek gibi görünmektedir. Düşük enerji depolama kapasitesi, yüksek ağırlık ve uzun şarj süresi gibi bazı dezavantajları vardır; ancak bunlar, bulunabilirliği ve bağlantı kolaylığı tarafından fazlasıyla dengelenir.

E. C. Berkeley'in, altı voltluk Willard sulu akü kullanan elektro-mekanik sincabı Squee ile sahip olduğumuz önceki deneyimler, daha yüksek bir gerilim kaynağının kesinlikle arzu edilir olduğunu göstermiştir. Daha yüksek gerilimli bir sistem daha az akım çeker; bu da kontrol problemini basitleştirir ve şarjlar arasındaki çalışma süresini uzatır. Makul boyutta yedek bir 28 voltluk Willard akü mevcuttu ve Haziran 1957 modellerinin beslemesi bu oldu. Buna ek olarak, küçük ama güçlü 28 voltluk, DC seri sargılı motorlar yedek fanlardan sökülerek tahrik motorları olarak kullanıldı.

Ancak daha sonra tüm model hayvanı transistörlü hale getirdik ve hafiflettik. Eylül 1957 modeli (bkz. Şekil 1) üç set kuru pil içerir: yaklaşık on adet D boy fener pili; yaklaşık altı adet kalem pil (transistörler için); ve iki adet Burgess 67½ volt pili.

Yönlendirme ve Tahrik

Yönlendirme için, hem Walter'ın Turtle'ı hem de Berkeley'in Squee'si, hem yönlendirme hem de tahrik için tek bir ön tekerlek kullanmıştır. Destek için serbest dönen, bir çocuğun üç tekerlekli bisikletine benzer iki arka tekerlek vardı. Bu yöntemin en az bir ciddi sakıncası vardır: mekanik olarak yapımı zordur. Tahrik motoru direksiyon kolonuna monte edilmelidir; bu da onu hantal yapar ve fırçalar ile kayıcı halkalar gerektirir.

Bu nedenle, iki bağımsız ön tahrik tekerleği ve serbest dönen bir arka döner tekerlek kullanmaya karar verdik. Bir ya da diğer tekerleği tahrik etmek, paletli bir traktörünkine bir ölçüde benzeyen bir yönlendirme yöntemi sağlar.

İlk model hayvanımız (İlkbahar, 1956) bu temel değişikliklerin avantajlarını gösterdi. Beklendiği gibi, tahrik ve yönlendirme sistemleri iyi çalıştı ve daha yüksek gerilim belirgin bir artıydı. Bununla birlikte bu hayvan yine de arzu edilenden uzaktı. Tamponları yetersizdi ve akünün, makine sökülmeden erişilebilir olacak şekilde monte edilmesi gerekiyordu. Ayrıca, vakum tüpleri için anot beslemesi olan dinamotor çok fazla akım çekiyordu.

Transistörlere geçmeye ve vakum tüplerinden kurtulmaya karar verdik. Bunu yapmak çift etki yarattı; yalnızca dinamotoru değil, aynı zamanda flaman akımını da ortadan kaldırdı. 1956 yazı ve sonbaharı boyunca, ilk modelde eksik olan arzu edilen özellikleri içeren ikinci bir modeli inşa etmeye başladık.

İkinci model döküm alüminyum bir gövdeye sahipti ve aküsü alttan çıkarılabiliyordu. Akü, tamponları ve birçok bileşeni taşıyan plastik bir muhafaza ile kaplıydı. Tamponların kendileri plastikten bükülmüş ve dört yay teliyle akü muhafazasına asılmıştı.

Kalıcı Duyular ve Etkin Tepkiler

Güç kaynağı ve modelin temel mekaniği belirlendikten ve çözüldükten sonra, bir sonraki sorunumuz kalıcı duyuları yapmaktı. Bu duyular görme, işitme ve dokunmadır; tepkiler ise hareket etme, ciyaklama ve ışık yakmadır.

Motorları kontrol etmek için rölelere ihtiyaç duyarız; ancak basit bir aç-kapa kontrolü yerine, her röle periyodik olarak darbeler üreten bir multivibratör tarafından sürülmüştür (bkz. Şekil 2). Darbelerin tekrar hızını değiştirmek, değişken bir motor hızı sağlar. Bu sistem oldukça tatmin edici olduğunu kanıtlamıştır. Tek sakıncası röle kontaklarındaki kıvılcımlanmadır. Her motorun, yönünü kontrol etmek için ek bir rölesi vardı (bkz. Şekil 3).

Modelin gözleri multivibratörün tekrar hızını doğrudan kontrol eder. Model tam karanlıktayken motor röleleri her iki ila beş saniyede bir darbe alır. Göz ışık gördüğünde direnci azalır, darbeler daha sık hale gelir ve motor hızı artar.

Şekil 2. Multivibratör Motor Kontrolü

T4'ün, kısa açık-darbelerin aralığını değiştiren değişken bir zaman sabiti sağladığına dikkat edin. T1, T2, T3 — Clevite 1032. Ry — Motor rölesi. T4 — Raytheon CK 722, düşük kaçaklı. P — Foto-hücre, Clairex CL 3.

Her bir göz, bir göz yuvasına monte edilmiş bir kadmiyum selenit "retina"dan (foto-hücre) oluşur. Yuva, görüş alanını 30°'lik bir koniyle sınırlar. Gözler dairesel bir "baş" üzerine monte edilmiştir; böylece hayvanın herhangi bir yöne bakması sağlanabilir.

Gözler hafifçe ayrılan bir açıyla ayarlanırsa, doğrudan öndeki bir ışık her iki göz tarafından da görülürken, yana doğru hareket eden bir ışık bir gözün görüş alanından diğerinden önce çıkar. Her bir gözü karşı motoruna bağlamak, modelin bir ışığı takip etmesini sağlar. Yalnızca bir gözü aydınlatan bir ışık, karşı motoru çalıştırır ve makineyi her iki göz de eşit derecede görene kadar döndürür.

Baş öne bakacak şekilde ayarlanırsa, ışıklar çekicidir. Baş yana çevrilirse, temkinli bir daire çizme davranışı ortaya çıkar. "Omzunun üzerinden" bakacak şekilde ayarlanırsa, model, kederli bir gececi yaratık gibi ışıktan uzaklaşarak süzülür.

Plastik tamponlar, model hayvanın dokunma duyusunu sağlar ve engelleri algılamasına olanak tanır. Engellerden kaçınma için benimsenen devre Şekil 4'te gösterilmiştir. Her motorun yönü bir neon tüp osilatörü tarafından kontrol edilir ve ileri ile geri arasında salınır. İki osilatör birbirinden bağımsızdır; bu da ortaya çıkan hareketin, hayvanı sonunda engelden uzaklaştıracak rastgele bir sarsıntı olmasını sağlar. Devrenin geri kalanı, çarpma sinyali kesildikten sonra yaklaşık üç saniye boyunca bu sarsıntının devam etmesini sağlayan bir gecikmedir.

İletişim

Yapım sırasında bizi tatmin edecek şekilde tamamlayamadığımız tek sorun, hayvanlar arasındaki iletişimdi. Bir ses yapmak kolaydı; ancak modelin kulağı doğası gereği zor bir problemdi. Motorlar gürültülüdür; kulak bu gürültüyü reddetmeli ama yine de diğer hayvanlardan gelen sesleri almalıdır. Bu da ya her hayvanda çok yüksek sesli bir "ses" kullanmak ya da motor gürültüsünü filtrelemek anlamına gelir. Filtreleme konusunda birkaç deneme yapıldı, ancak hiçbiri başarılı olmadı.

Bu nedenle, frekansı rf aralığına taşıyarak sorunu atlatmanın en iyisi olduğu düşünüldü. 425 megacycle makul bir anten boyutu sağlar (½ dalga boyu 7 inçtir) ve bu frekans için küçük bir vericimiz vardı. Ancak her hayvan için alıcı henüz yapılmamıştır. Bu "işitme cihazı" vericisinin, duyulabilir sesi yeniden yayınlamak için kullanılması, modelin dış davranışında herhangi bir değişikliğe yol açmamalıdır. Nitekim bir gözlemci farkı anlayamazdı.

Dahil edilen son tepki, her hayvana monte edilmiş ve bir röle ile kontrol edilen bir ışıktır (bkz. Şekil 5). Şu anda ışık, hayvan yavaş hareket ederken yanacak ve hareket hızlandığında sönecek şekilde bağlanmıştır.

Modelleri çok yönlü kılmak için bileşenler değiştirilebilir baskılı devrelere monte edilmiştir. Kablolama, istenen yerleşim bantla korunarak ve ardından istenmeyen bakır kazınarak bakır kaplı bir Formica levhadan yapılır.

Hayvanın, duyuların tepkilere bağlandığı beyni de kolayca değiştirilebilir. Hayvana takılan küçük bir şasi üzerine monte edilmiştir. Böylece beyinler değiştirilerek korkak bir hayvan vahşi bir canavara dönüştürülebilir.

Şekil 3. Motor Yön Kontrolü

Bir Beynin Özellikleri

Davranışın en temel türü içgüdüseldir. İçgüdü tüm hayvanlarda bulunur. Hatta, yaşamın daha alt biçimleri bütünüyle bunun sonucu olarak çalışır. Bir hayvanın beynini bir "kara kutu" olarak ele alırsak, içgüdü girişler ile çıkışların doğrudan bağlanmasını gerektirirdi. Yani, aynı uyaran her zaman aynı tepkiyi üretirdi.

Yaşamın daha yüksek biçimlerine doğru merdiveni tırmandıkça, "öğrenme kapasitesi" olarak adlandırılabilecek bir şeyle karşılaşırız. Bu, kullanılıp kullanılmadığına bakılmaksızın, uyaranlar ile tepkiler arasında anahtarlama yapmaya yönelik fiziksel bir düzenek bulunduğunu ima eder. Bu, orada

[Sayfa 23'te devam ediyor]

Şekil 4.
Geliştirilmiş Engel Kaçınma Devresi. T—Raytheon CK 722. Ry—Tersleme röleleri. S—Çarpma kontağı.

Dolayısıyla, hayvanın davranışını o anın koşullarına uyacak şekilde değiştirmesi fiziksel olarak mümkündür. Açıkça görülmektedir ki, öğrenmenin gerçekleşebilmesi için iki başka özelliğe daha ihtiyaç vardır. Bunlar bellek ve ilişkilendirmedir. Geçmiş deneyimler, anlamlı hâle gelmeden önce yalnızca hatırlanmakla kalmamalı, aynı zamanda birbiriyle ilişkilendirilmelidir.

Bir beynin en yüksek işlevi “zeki davranış” olarak adlandırılabilir. Bu, öğrenme süreci tarafından biçimlendirilen seçimler yapmaktan ibarettir. Bir seçimin “zeki” olup olmaması, sonuçların yararlı olup olmadığına bağlıdır.

Sorun, bu özelliklere sahip devreler tasarlamaktır. İçgüdüyü taklit etmek kolaydır. Belirli bir girdinin her zaman aynı çıktıyı ürettiği herhangi bir makine davranışının “içgüdü” ile çalıştığı söylenebilir. Öğrenme kapasitesini sağlamak da kolaydır. Gerekli olan tek şey, modeli, “kara kutu”nun girişleri ile çıkışları arasında çok sayıda olası bağlantı bulunacak şekilde tasarlamaktır. Bu özelliklerin her ikisi de modelimize dâhil edilmiştir.

Ancak daha önce de belirtildiği gibi, yavaş öğrenen ve yavaş unutan bir bellek tasarlama problemi zor görünüyordu. Walter’ın Machina Docilis’inde bellek, koşullanmış refleks devresinde yavaşça sönümlenen bir salınımdan oluşuyordu. Bu tür bir bellek kararsız olma eğilimi gösterir ve bir ölçüde karmaşıktır. Açıkça ihtiyaç duyulan şey, uzun bir zaman sabitine sahip ve elektriksel olarak algılanabilir bir fiziksel olgudur (bkz. Şekil 6). Birçok son derece pratik olmayan düzenek üzerinde düşünüldükten sonra, çözümün gülünç derecede kolay olduğu ortaya çıktı. Paris alçısı içine gömülmüş ve içi boş bir seramik direnç içine yerleştirilmiş bir termistör, tam olarak istenen özelliklere sahiptir.

Yavaş sönümlenme özelliğine sahip olan olgu, birimin sıcaklığıdır. Elektriksel enerji seramik dirence verilir ve ısıya dönüştürülür. Termistör, özdirencin yüksek negatif sıcaklık katsayısına sahiptir ve bir algılayıcı olarak işlev görür. “Öğrenme” hızı, ısıtıcının direnci tarafından kontrol edilirken, “unutma” hızı çevredeki ısıl yalıtım miktarıyla belirlenir. Bu sistemin bazı avantajları vardır. Bunlardan biri, termistörlerin birçok farklı şekil ve boyutta mevcut olmasıdır. Bir diğeri ise yöntemin son derece basit olmasıdır.

Şekil 6.
Öğrenme Yöntemi

İlişkilendirme problemi, koşullanmış bir refleks tasarlama problemidir. Burada da okuyucu W. Grey Walter’ın The Living Brain adlı eserine yönlendirilmektedir. Rastlantıdan anlama giden yedi adımı ele alan bölüm, ilişkilendirme için gerekli süreçleri mükemmel biçimde tartışmaktadır. Dr. Walter ayrıca bu süreçleri bünyesinde barındıran bir devre de yapmıştır. Bu nedenle, bu denli iyi yapılmış bir çalışmayı basitçe yinelemek yerine, zekâ yönünü incelemenin daha verimli olacağına karar verdik.

Zeki bir varlık, her şeyden önce seçim yapma gücüne sahip olmalıdır. Uygun şekilde tanımlanmış bir alternatifler kümesiyle karşı karşıya kaldığında, bu varsayımsal kişi, mutlak surette hiçbir şey yapmamak olsa bile, bir alternatifi seçmelidir. Doğru biçimde tanımlanabilmesi için, böyle bir alternatifler kümesi hem birbirini dışlamalı hem de tüm olasılıkları kapsamalıdır. Bunu yapmak aslında zor değildir. İki alternatifin örtüştüğü durumlar, birbirini dışlama koşulu korunacak şekilde, yeni ve bağımsız alternatifler olarak tanımlanabilir. Kapsayıcılığı sağlamak için, model hayvanın tanımlı alternatiflerden biri olmayan her şeyi yapmasını içerecek bir “her şeyi kapsayan” alternatif eklenebilir.

Her alternatifin seçilmesine karşılık gelen bir olasılık vardır. Bu olasılığın değeri, kişinin önceki deneyimleri, o andaki duygusal durumu ya da belki de kahvaltıda ne yediği gibi birçok faktöre bağlıdır. Elbette, önceki deneyimlerden öğrenilenlerin olasılık dağılımını biçimlendiren en önemli etkenlerden biri olduğu kesindir.

Alternatifler kümesi birbirini dışlayan ve

kapsayıcı ise, olasılıkların toplamı her zaman bire eşittir. Öğrenme sürecinin etkisi, çeşitli seçimler arasında olasılığın yeniden dağıtılmasına ya da “akmasına” neden olmaktır.

Aşağıdaki örneği ele alalım. Büyük bir T harfi biçiminde yapılmış bir labirentimiz olsun ve aç bir dizi fareyi bu labirentten geçirelim. Her biri sağa mı sola mı gideceğine karar vermek zorunda kalacaktır. Geri dönmeye izin verilmezse ve yiyeceği her zaman sağ tarafa, sol tarafa ise hiç koymazsak, ilk denemede yaklaşık yarısının sağa, yarısının sola gittiğini görmeliyiz. Başka bir deyişle, belirli bir farenin sağa gitme olasılığı yaklaşık 0,5 olmalıdır. Ancak, bir dizi denemeden sonra, bir farenin sağa gitme olasılığı önemli ölçüde artacaktır. Herhangi bir denemede, farenin hangi yöne gideceğini asla kesin olarak tahmin edemeyiz, ancak söz konusu olasılıklar hakkında iyi bir fikrimiz olur.

Bu tür bir olasılık akışıyla karakterize edilen öğrenmenin, akış durduğunda ve olasılıklar kararlı hâle geldiğinde tamamlandığı söylenebilir. Eğitim şimdi durdurulursa, fareler yavaş ama kesin bir şekilde unutmalı ve olasılıklar buna karşılık gelecek biçimde değişmelidir.

İnsanın eylem yolunu seçme yeteneği genellikle özgür irade olarak adlandırılır. Katı biçimde dışsal ve nesnel bir bakış açısından, özgür iradenin, organizmanın davranışının herhangi bir durumda öngörülemez olması anlamına geldiği ileri sürülebilir. Şimdi karşımızda duran problem, şu üç özelliğe sahip bir devre bulmaktır: öğrenme ve unutma, buna eşlik eden olasılık akışı ve öngörülemezlik.

Bir alternatifler kümesinden oldukça rastgele seçim yapıyormuş gibi görünen bir devre bulma arayışımızda, bir neon tüp gevşeme osilatörü kullanmayı düşündük (bkz. Şekil 7). Bu devrenin çalışması, neon tüplerin sırasıyla yanıp sönmesi şeklindedir. Herhangi bir anda bir ve yalnızca bir tüp yanmaktadır. Diğerlerinden birinin üzerindeki gerilim, o tüpü ateşleyecek kadar yükseldiğinde, potansiyeldeki ani değişim, o anda yanmakta olan tüpü söndürür. Üç tüpün, belirli bir uyarana karşı üç alternatif yanıtı temsil ettiğini varsayalım ve uyarının uygulandığı anda hangi tüp yanıyorsa, seçilen yanıt o olsun. Bu, istenen öngörülemezliği sağlar. Belirli bir tüpün yanık kaldığı sürenin, bir çevrim için toplam süreye oranının, o yanıtın seçilme olasılığı olduğu kolayca görülebilir.

Bu devrenin olasılık akışı özelliğine ve yavaş öğrenme-unutma özelliğine sahip olması için gerekli olan tek şey, dirençlerden birinin değerini değiştirmektir. Bunu başarmanın yolu parmaklarımızın ucundadır. Termistör-ısıtıcı birleşimi anahtarı elinde tutmaktadır. Termistör, dirençlerden birinin yerine konur ve ısıtıcı, uyarının kısa süreli bir ısıtma akımının akmasına neden olacak şekilde bağlanır. Isı uygulamak termistörün direncini düşürür ve ilişkili olduğu tüpün yanık kalma süresini diğerlerine oranla artırır; böylece olasılıklar değişir. Dahası, termistör ısındıkça bu değişim kademeli olur ve soğudukça daha da yavaş bir biçimde eski hâline döner.

Şekil 7. Olasılık Öğrenme Devresi.
H & R: Isıtma Direnci ve Termistör.
C: İstenen zaman sabiti için termistörle birlikte seçilir.
S: Seçim kontağı kısa süreli olarak kapatılır.

Modelimiz artık tartışılan istenen özelliklerin birçoğuna sahiptir:

İçgüdü — Model ışıkları izler.
Öğrenme Kapasitesi — Modelin davranışı esnektir: girişler ve çıkışlar arasında birçok olası bağlantı vardır.
Bellek — Termistör ve ısıtıcı devresi.
Deneysel ve Öngörülemez Davranış — Neon tüp devresi.
Olasılık Akışı — 3 ve 4’ün birleşimi.

Şubat 1958 tarihli COMPUTERS and AUTOMATION

Modelin Gerçek Davranışı

Şimdi, inşa ettiğimiz ve Machina Versatilis adını verdiğimiz modelin gerçek davranışını tartışmaya geliyoruz.

Model ışıkları izleyebilmekte ve engellerden kaçabilmektedir. Pil yerine yerleştirilip anahtar açıldığında, Versatilis hareket etmeye başlar. Merakı, hemen aramaya koyulmasına neden olur. Ne kadar meraklı olduğu, odadaki ışık düzeyine bağlıdır. Işık parlaklaştıkça, giderek daha hızlı hareket eder. Bir ampul gibi bir ışık kaynağı kendisine sunulduğunda, ona doğru döner ve mesafe azaldıkça hızını ve ilgisini sürekli artırarak yol alır. Sonunda, ya ışığa çarparak ya da altından geçerek adeta kükreyerek üzerine gider.

Sıradan bir el feneri ışını sunulduğunda, bazen bir yana ya da öbür yana saparak onu takip eder; ta ki bir gözü ışının dışına çıkana kadar; bu noktada tekrar ışının içine döner. Bu durumda, hantal bir güdümlü füze prototipine fazlasıyla benzer biçimde davranır. Ancak pencere perdesi kaldırılırsa, mütevazı bir el feneri ışınına olan tüm ilgisini kaybeder.

Bu türden iki birey birlikte serbest bırakıldığında, davranışları büyük ölçüde başlarının konumuna bağlıdır. Hayvanlardan biri ileri bakarken diğeri geriye bakıyorsa, her biri diğerinin ışığını görür ve biri diğerini kovalar. Her iki baş da yana dönükse, birbirlerinden çekiniyormuş gibi daireler çizerler. Ancak her iki baş da ileri dönük olduğunda, tam hızla birlikte koşar, büyük bir hızla çarpışır, sürtünür ve kavga ederler.

Bir başka ilginç noktadan daha bahsetmek gerekir. Hayvanların oynaması için bir oyuncak yaptık. Bu, tekerlekli bir platform üzerine monte edilmiş bir ışıktan oluşmaktadır. Hayvanlar elbette ışığa çekilir ve onu itip kakarken “iyi vakit geçiriyor” gibi görünürler. Aynı anda ne kadar çok hayvan ona ulaşabilirse, ortam o kadar şenlenir.

Engel kaçınma devresi, modelin bazı hayvanlara kıyasla sahip olduğu büyük avantajın iyi bir örneğini sunar. Başlangıçta, neon tüp tersleme devreleri, ileri ve geri süreleri yaklaşık eşit olacak şekilde ayarlanmıştı. Ne yazık ki bu, modelin hiçbir şeyden kaçmasına izin vermiyordu. Zavallı şeyi hayal kırıklığına uğratmamak için, ileri ve geri sürelerini dengesizleştirmek gerekli oldu. Model artık ileri gittiği sürenin yaklaşık üç katı kadar geri gidiyor ve böylece neredeyse her durumdan eninde sonunda kaçmayı başarıyor. Model için iki direnci değiştirmek yeterli oldu; peki bir fototropik böcek ya da güvede neyi değiştirebilirsiniz?

Model ve Hayvan

Çevremizdeki dünyadaki bir şeyi taklit etmeye yönelik herhangi bir girişimde, modelin başarısını ya da başarısızlığını değerlendirmek önemlidir. Bizimki gibi bir model, biyolojik yaşamın gerçekleriyle ne kadar örtüşür? Model, hayvanlarla hangi özellikleri paylaşır ve nerelerde farklılaşır?

Okuyucu, amaç arayan mekanizmanın, iki gözün iki motora çapraz bağlı olduğu simetrik bir yapıya sahip olduğunu hatırlayabilir. Pratik olarak konuşursak, bu, tamamen ışık uyarımı tarafından kontrol edilen bir simetri makinesidir. Bu, hayvanların bir özelliği midir?

Şubat 1958 tarihli COMPUTERS and AUTOMATION

Yanıt kesin bir evettir! O hâlde şu soru son derece meşru olarak sorulabilir: “Nasıl yani? Hangi koşullar altında bir hayvanı yalnızca bir simetri makinesi olarak ele alabiliriz?” Bu soruyu yanıtlamak için, Loeb’in Forced Movements, Tropisms, and Animal Conduct adlı eserinden aşağıdaki alıntılar sunulmaktadır.

"Bir böceğin gözlerinden birindeki kimyasal tepkimelerin hızı aydınlatma ile artırılırsa, daha güçlü aydınlatılan gözle bağlantılı kaslar daha büyük bir gerilime girer ve eğer merkezi sinir sisteminde hareket için dürtüler ortaya çıkarsa, bunlar simetrik kaslarda eşit tepkiler üretmez; bunun yerine, başı ve gövdeyi ışığa doğru çeviren kaslarda daha güçlü bir tepki oluşur. Hayvan böylece hareket yönünü değiştirmeye ve her iki taraf yeniden eşit aydınlatma alana kadar ışık kaynağına dönmeye zorlanır. Simetri düzlemi yeniden ışık kaynağından geçtiği anda, her iki göz tekrar eşit miktarda ışık alır, simetrik kaslardaki gerilim eşitlenir ve hayvan, başka bir asimetrik bozulma ortaya çıkana kadar ışık kaynağına doğru ilerler."

Tanıdık geliyor, değil mi?

"Gözlerin aydınlatılmasında kalıcı bir fark oluşturursak, örneğin bazı böceklerde bir gözü karartarak, kalıcı dairesel hareketler de meydana getirebiliriz."

Bu durum model için de geçerlidir. Bir gözü kör edilirse, daireler çizerek hareket eder. Kör edilen gözle bağlantılı motor hâlâ çalışacaktır, ancak bunu yaparken büyük ölçüde zorlanacaktır.

Loeb daha sonra, bir köpekbalığının gözlerinin her zaman kuyruğunun ters yönünde hareket ettiğini ve böylece her zaman yüzdüğü yöne baktığını gösteren gerçeğe dikkat çeker. Ayrıca, bir köpeğin başının konumunun değiştirilmesinin bacak kaslarının gerilimini otomatik olarak değiştirdiğini de belirtir. Dahası, bir köpeğin beynine müdahale edilmesi birçok tuhaf etki ortaya çıkarır. Bir taraf hasar görürse, dairesel hareketler meydana gelir. Oksipital loblar hasar görürse, ileri hareketler zorlaşır ve beyin yarımküresinin arka yarıları hasar görürse, köpek durmadan çılgınca ileri koşma eğilimi gösterir.

Biyolojik dünyadan bir örnek daha sunulmalıdır; çünkü bu, belirli bir hayvanın ışığa olan çekiminin yararlılığını gösterir. Tırtıl ışıklara çok güçlü bir şekilde çekilir, ancak yalnızca aç olduğunda. Bu çekim, onu besini olan yapraklara ulaşmak için bitkilerin saplarına tırmanmaya yönlendirir. Ancak iyice doyduğunda, bu çekimi neredeyse tamamen kaybeder ve ışığa karşı çok az ilgi gösterir. Bu durum tırtıl açısından şanslıdır; çünkü tüm yaprakları yedikten sonra tepede açlıktan ölmek yerine tekrar aşağı inebilmesini sağlar.

Walter’ın Speculatrix’i de buna bir ölçüde benzer bir çekime sahiptir. Şarj kulübesine döndüğünde, piller zayıflamışsa ve “aç” ise içeri girer ve “beslenir.” Ancak piller iyi şarj edilmişse, ışık çok güçlüdür ve yaratık için itici olur.

Modelimizin engellerin etrafında yolunu bulma yeteneği, bir karıncanın yoluna konmuş bir kitabı aşmak için kullanabileceği yöntemlere bir ölçüde benzer. Her ikisi de, yollarına devam edebilecekleri duruma gelene kadar çarpma ve yoklama yoluyla ilerleme biçimine sahiptir. İlginçtir ki, model söz konusu olduğunda, bir karşılaşma bazen onun ne aradığını unutmasına neden olur. Bir ışığı izlerken engele çarparsa, bazen aniden bambaşka bir yönde uzaklaşır.

[Lütfen 32. sayfaya bakınız]

Kitaplar ve Diğer Yayınlar

…hedefe ulaşmak için gerekli çabanın çok büyük olduğunu hissederek, görünüşe göre tamamen yeni bir yöne yönelmiştir.

Gelecekte Neler Var

Elektro-mekanik hayvanlarla gelecekte neler yapılabileceği, bu probleme ayrılabilecek zaman ve fonlarla sınırlı gibi görünmektedir. Tek bir açma-kapama ses sistemi ilginçse, farklı frekanslarda iki ya da üç ses kanalının neler yapabileceğini hayal edin!

Bir başka oldukça bariz iyileştirme, Machina Versatilis’in kendi başını hareket ettirebilmesi ve etrafına bakabilmesinin sağlanması olurdu. Böylece ruh hâline göre ışıkları kovalamaya, etraflarında dönmeye ya da durup durumu değerlendirmeye karar verebilirdi.

Versatilis’in kendi pilini şarj etmesi de kolaylıkla sağlanabilir, ancak akılda tutulması gereken bir nokta vardır. Pil, yaklaşık on iki saatlik bir süre boyunca yavaşça şarj edilmelidir. Daha hızlı şarjlar mümkündür, ancak pil için çok zararlıdır. Kendi kendine şarj olma davranışının, makinenin bu kadar uzun süre atıl kalması bedeline değip değmeyeceğini merak ettik.

Davranış olanaklarını göz önünde bulundurarak, pek çok ilginç ve belki de çılgın plan düşündük. Ancak bunların hepsi gerçekleştirilebilir niteliktedir ve muhtemelen değerli olabilir. Kim bilebilir?

Hepsinden en pratik olanı ve hiç de çılgın sayılmayacak şekilde, neon olasılık öğrenme devresinin gerçekten bazı elektro-mekanik hayvanlara yerleştirilmesi ve onların öğrenmesini sağlamak için kullanılması gerekir.

Buna ek olarak, hayvanlar basit bir ebe oyunu oynayabilirler. Zaten birbirlerini kovalayabiliyorlar. Gerekli olan tek şey, “ebe” olmayı ve olmamayı düşünebilen yeni bir beyindir. Bir hayvanın belirli derecelerde sakatlanmasının, onun “ebe” olduğu zaman oranını nasıl etkileyeceğini görmek ilginç olurdu.

Hayvanlara bir yön duygusu (basit bir jiroskop) kazandırılabilseydi, oyuncakla oldukça iyi bir futbol oyunu oynayabilirlerdi. Karşıt iki takım top için mücadele edebilirdi.

Ayrıca makinelerin, yerde bulacakları çelik paralarla bir şeyler için ödeme yapmaları da oldukça kolay olurdu. Paralarını biriktirebilir ve şarj satın almak ya da belki basit bir müzik kutusu çalmak istediklerinde kullanabilirlerdi.

Son derece büyüleyici bir deney, mekanik hayvan toplumuna başkalarının paralarını çalan bir suçlunun sokulması olurdu. Makine o zaman “suçun kazandırmadığını” öğrenir miydi?

Mekanik hayvan modellerinde davranış ve düşüncenin incelenmesinin çok umut verici bir geleceği olduğuna inanıyoruz. Ne de olsa, Yunanlılar için elektronik, bir kedinin kürkündeki statik elektrikten pek de fazlası değildi.

COMPUTERS and AUTOMATION, Şubat 1958