Kimyanın Mühendisliği, Makinalar ve Evrim

Kimyasal ürünlerin(petrol ve türevleri, kozmetik, gıda, boya, ilaç vs.) üretimi için yalnızca kimya bilmek yeterli gelmiyor. Bunun mühendislik prensibine de uygulanmasına gerek duyulmuş ve Kimya Mühendisi denilen insanlar türemiştir. Peki ne iş yapar bu insanlar?

Kimya mühendislerine aslında enzim mühendisi dersek çokta hata yapmış sayılmayız bence. Kimya mühendislerinin en temel işi aslında kimyasal bir prosesi hızlandıracak ve istenilen şekle getirecek enzimlerin ve sistemlerin tasarlanmasıdır. Bir boya üretmek için kullanılacak pigmentleri, endüstriyel boyutlarda kimyasal prosesler sonucu elde edip bunları boya üretmek için kullanıyoruz. Yani kimya mühendisleri aynı makina mühendisleri gibi deterministik kurallar çerçevesinde, bir takım olayların hesabını kitabını yapıp istenilen sonucu bulmaya ve tasarlamaya çalışıyorlar. Aşağıdaki kıyas tablosuyla daha iyi anlayabilirsiniz.

Bir robotun mekanik hesaplarının yapılmasının adımları ile bir boyanın pigmentlerinin üretilmesinin adımları arasındaki benzerlik tablosu.

Makina Mühendisi	Kimya Mühendisi
1- Robotun anatomik özelliğine göre en optimum eklem ve hareket merkezlerinin hesaplanması.	1- Bir pigmentin üretilebilmesi için gerekli olan enzimleri üretecek prosesin hesaplanması ve tasarımı.
2- Hareket merkezlerinin en iyi açı değerlerinin hesaplanması.	2- Bu enzimlerle üretilecek pigmentin üretim prosesinin tasarlanması.
3- Zıtlıklar arasındaki optimum değerin bulunması ve giderilmesi. Örneğin en iyi hareket açısı ile en iyi eklem noktası arasında bir zıtlık var. İkisinin de en iyi olduğu noktalar birbiriyle uyuşmuyor, bu sebepler ikisini en optimum noktada buluşturacak hesapların yapılması.	3- Zıtlıklar arasındaki optimum değerin bulunması ve giderilmesi. Örneğin istenilen pigmenti en iyi üretme yöntemi ile en iyi enzimler arasındaki bir uyuşm mazlığın tespiti ve en optimum değerin bulunması.
4- Hesaplar doğrultusunda tasarımın üretilebilir bir şekilde bitirilmesi.	4- Hesaplar doğrultusunda tasarımın üretilebilir bir şekilde bitirilmesi.

Bu tablodan da görebileceğimiz gibi iki mühendislikte aynı işi farklı şeye uyguluyorlar. Hesaplama yöntemine başvurarak ürün üretiyorlar. En optimum noktanın hesaplanabileceğini kabul ederek bu işe kalkışıyorlar. Gelin bir de bu yönteme alternatif yeni bir mühendislik yöntemine göz atalım. Bu göz atacağımız yöntem 2018 Nobel ödülünü aldı. Peki nedir bu yöntem. Evrim kullanarak mühendislik yapmak.

Evrim, Biyolojinin en büyük dallarından birisidir ve son birkaç on yıldır artık biliyoruz ki evrim sadece biyoloji yasası değil, çok geniş kapsamlı bir yasa. Biyolojik evrim şunu diyor, öteki türdeşlerinden yalıtılmış halde bulunan bir popülasyonda eğer tür içi çeşitlilik varsa, bu çeşitliliklerden fitness yani uyum başarısı en iyi olanlar nesiller boyunca seçilir. Bu yasayı yalnızca canlı popülasyonlarında değil bir kimyasal molekül popülasyonunda hatta organik varlık bile olmayan bir robot popülasyonunda gözleyebiliyoruz.

Kimya mühendisleri bugüne kadar sorunları çözmek için rasyonel hesaplar yaptılar. Ve hesaplarının sonucunun en iyi durum olduğuna güvenerek işlerini hallettiler. Peki ya hesaplanamayan bir olayı nasıl çözeceğiz? İşte burada devreye evrimsel kimya giriyor.

Pigment üretmek için en iyi enzimleri hesaplayamıyorsanız eğer, o zaman tüm enzimleri, evrim yasalarının olduğu yapay bir ortama bırakarak, geriye sadece o pigmenti üretmekte başarılı olanların kalmasını sağlayabilir ve onları kullanabilirsiniz. Yani 4 milyar yıldır çalışan bir doğa kanunun tecrübesinden faydalanabilirsiniz. Caltech'ten Frances Arnold, Evrimi kimya mühendisliğine bu şekilde uyarlayan bir çalışma yaparak 2018 yılının Nobel Kimya ödülünü aldı.

Evrim yasalarını kullanarak mühendislik yapma konusunda akademik çalışmalar gün geçtikçe artıyor. Bir işi yapabilecek en iyi makinayı bir grup mühendis tasarlayabilir mi gerçekten? O işi yapan bir makina tasarlasa bile o makinanın en iyisi olduğunu nasıl bilebiliriz? Onun yerine, evrimin, çevresine uygun milyonlarca organizma ürettiği gibi, yapılacak işi en iyi şekilde yapacak makinayı da evrimsel yöntemlerle bulabiliriz. Burada şöyle bir soru akla gelebilir: "Evet ama evrim yasları gereği uyum başarısı en iyi organizmayı bulmak için tür içi çeşitliliğin çok olması gerekiyor. Bu ilk baştaki tür içi çeşitliği yani farklı tipteki makinaları yine mühendisler mi sağlayacak?". Cevabı ise Hayır bu şart değil. Çünkü Evrimin yalnızca seçilim mekanizmaları değil. Çeşitlilik mekanizmaları da(mutasyon, cross-over vs) tek tip bir makinaya uygulanıp, o makinadan binlerce çeşitin çıkması sağlanabilir ve daha sonra o çeşitlere seçilim mekanizması uygulanarak en iyi makinanın seçilmesi sağlanabilir. Sonuçta canlılık binlerce çeşitle başlamadı, tek bir bireyle başladı.

Bu gibi zıtlıkların olduğu ve hesaplamanın yapılamadığı durumlarda evrim kullanarak en uygun ürünü bulma yöntemini gelecekte çok kullanacağız gibi veya belkide bu işin çözümü bilgisayar bilimlerindeki son yapay zeka gelişmeleri sayesinde, insanın aklına gelmeyecek ürünler tasarlayabilen zekaların üretilmesi olacak. Kim bilir?  Evrenin artık deterministik yasalarla yönetilmediğini, her ne kadar bazılarının hoşuna gitmese de diyalektik yöntemlerin çok sınırlı alanlarda geçerli olduğunu biliyoruz. Ama şuan görünen o ki hem evrim mühendisliği hem de yapay zeka çok işe yarayacak.