Günümüzün kafa karıştırıcı orta-mında her şey üzerinde daha az gücü-müz varmış gibi görünüyor. Bu duru-mun bizi alt etmesine izin vermek yeri-ne belki de İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Dirk Helbing'in çalışması sayesinde bu durumun keyfi-ni sürebiliriz. Helbing, karayollarında-ki on binlerce aracın hareketi ve fabri-kalarda birbiriyle etkileşimli çalışan bü-yük makine sistemleri gibi insan aklı-nın çoğu zaman neyin neden olduğunu anlamakta güçlük çektiği karmaşık sis-temleri inceleyen bir araştırmacı.
Helbing ve bazı başka araştırmacı-lara göre düzene ve kontrole olan düş-künlüğümüz bizi yanlış yönlendiriyor. Birçok durumda kontrolü bir miktar
el-den bırakarak sistemin kendi çözümü-nü bulmasını sağlamak daha sağlıklı. Genellikle çözümler kendi düşünecek-lerimize hiç benzemese de sonuçlar da-ha tatmin edici olabiliyor.
Çalışmanın sonuçları, çözemeye-cekleri karmaşık sorunlarla hergün da-ha çok karşılaşan günümüz mühend-isleri için bir miktar rahatlatıcı olabilir. İşte size, makinelerin kontrolü alması sonucunda elde edilen bir başarı öykü-sü.
1992’de General Motors şirketi In-diana'da Fort Wayne’deki montaj fab-rikasında kamyonların otomatik olarak boyanmasıyla ilgili sorunlar yaşıyordu. Üretimden çıkan kamyonların boyama işlemini 10 adet boyama kabininde
ma-kineler gerçekleştiriyordu. Kamyonla-rın üretimden çıkış zamanlaKamyonla-rının tah-min edilemez olmasından ve boya ma-kinelerinin bazen program dışı bakım ve tamiri gerektiğinden kamyonları ve-rimli bir şekilde kabinlere dağıtmak ola-naksız görünüyordu.
General Motors mühendislerinden Dick Morley, boyama makinelerinin kendi iş planlarını kendilerinin oluş-turmasını önerdi. Farklı makinelerin, yapılacak boyama işlerine “teklif” vere-bileceği, bir yandan da bakım ve başka işleri göz ardı etmeden olabildiğince meşgul olacağı bir dizi basit kural ge-liştirdi. Elde edilen sonuçlar biraz ga-rip olsa da etkileyiciydi. Sistem saye-sinde General Motors yalnızca boyama
BiLiMveTEKNiK 56 Ekim 2008
Neden Karmaşık
Sistemler Biz Olmadan
Daha İyi Çalışıyor?
Bizler genellikle düzenli olanı
dağınığa, kurallı olanı da
kuralsıza yeğleriz. Kusursuz
geometrik bir düzen
hoşumuza gider, hatalı ya da
düzensiz olandan uzak
dururuz. Öngörebilmeyi ve
herşeyden de önemlisi
kontrol edebilmeyi isteriz.
BiLiMveTEKNiK
Ekim 2008 57
işinden yılda bir milyon dolardan çok tasarruf sağladı. Sonuçta boya hattı hiç kimsenin öngöremediği bir iş planıyla çalıştı. Makineler acil gereksinimlere kendileri yanıt vererek sistemin yüksek kapasitede çalışmasını sağladı.
Üretim süreçleri genellikle birçok girdi, değişken ve etkene bağlıdır. Sis-temdeki en küçük bir değişiklik bile çok farklı ve öngörülemeyen sonuçlara yol açabilir. Bu yüzden de geçmiş de-neyimlere dayanarak oluşturulan yeni bir üretim hattında ne olacağı tam ola-rak kestirilemez. “Yöneticiler bazen geçmiş sistemlerdeki performansa ba-karak yeni bir sistemde ne olabileceği-ni hesaplamaya çalışır ama bu yaklaşım genellikle çok kötü sonuçlar verir.” di-yor Helbing.
Helbing bu durumla başa çıkabil-mek için mühendislerin bu tür sistem-lerin karmaşık öngörülememe özellik-lerine saygı göstermesi gerektiğine ve insanların doğal eğilimlerinin çoğu za-man nasıl istenmeyen sonuçlara neden olabileceğine dikkat çekiyor. Helbing bu sistemleri bir otobüs kullanır gibi yönetemeyeceğimizi ve sistemin kendi-ni düzenleme eğilimlerikendi-ni öğrenmekendi-nin bizim yararımıza olacağını belirtiyor.
Helbing bu noktaya farklı bir yol-dan ulaşmış. Bir fizikçi olsa da 1990'lı yılların başında fizik ve insan hareket-leri arasındaki paralellikler ilgisini çek-miş. Helbing “Esin kaynağım, akışkan-ların ve insanakışkan-ların bir engelin çevresin-den geçişlerindeki benzerlikti.” diyor. O zamandan beri de toplu insan hare-ketlerinin matematiği üzerine çalışıyor. Bu durum onun şu anda neden sosyo-loji bölümünde görevli olduğunu da açıklıyor.
Sosyal bilimciler genellikle insan davranışlarının öngörülmesi zor olan çeşitliliği üzerinde yoğunlaşır. Helbing bunun çoğu durumda çok da önemli ol-madığını belirtiyor. Genellikle koşullar insanların seçeneklerini öyle sınırlıyor ki insanlar dış etkenlere otomatik ola-rak karşılık veriyor. Bu nedenle de or-talama insan davranışları öngörülebilir oluyor. Örneğin insanlar yollarda hız sı-nırına çok yakın ya da onun hemen üs-tünde gidiyor ki bu durum kendiliğin-den hareketli parçacıkların birbirine çok yaklaştığında birbirini çekmesine benziyor.
Bireysel hareketler genellikle basit olsa da bireylerin oluşturduğu toplu
davranış şekilleri sezgisel olmaktan uzak olabilir. Sağduyu, olabilecekler karşısında bizi yanlış yönlendirebilir. Örneğin trafik sıkışıklıkları genellikle trafik yoğunluğunun arttığı zamanlar-da olur. Yine de Helbing'in ekibinin gösterdiği gibi bu, her zaman doğru ol-mayabilir.
Özel arabaların ve kamyonların bu-lunduğu iki şeritli bir yol düşünün. Ara-balar ortalama olarak kamyonlardan daha hızlı ilerler. Düşük yoğunluktaki bir trafikte arabaların kamyonları ra-hatça sollayıp geçebileceği boşluklar bulunur. Yoğunluk arttıkça sürücüler karşıdan gelen araçlar yüzünden daha zor sollama yapar. Buna karşın, benze-timlerden ve gerçek trafik gözlemlerin-den elde edilen bilgi, kritik yoğunluk-taki bir trafikte şerit değiştirmenin zor-laşmasının daha olumlu bir etkisi oldu-ğunu gösteriyor. Sürücüler, tek şeritte kalma durumunda olduğundan trafik akışını daha az bozarak birim zamanda daha çok aracın geçmesini sağlamış olur.
Sezgilere aykırı benzer durumlar kalabalık insan topluluklarında da göz-lenir. Helbing ve ekibi kendilerinin “ya-vaş olan hızlıdır” diye adlandırdığı du-rumu yine benzetim sonuçları ve de-neylere dayanarak açıklamış. Bir
me-kandan tek bir kapıdan geçerek kaç-mak gerektiği durumlarda insanlar ko-şuşturmak yerine sakince odayı terke-derlerse daha çok insan dışarı çıkacak-tır. İşin ilginç yanı, kapının önüne bir engel konduğu durumda insanlar oda-dan daha hızlı bir şekilde çıkması. Bu-nun nedeni engelin, insanların hareke-tini ve hareketin sürekliliğini sağlama-da düzenleyici bir rol oynamasıdır. Hel-bing uygun bir engelle insanların çıkış hızının %30-40 oranında arttırılabilece-ğini belirtiyor.
Kalabalıkların çevre koşullarına uyum göstermesi engellerin işe yara-masını sağlıyor. Çok dar bir geçidin her iki ucunda karşıya geçmek isteyen in-sanlar karşılaştığında tam bir karışıklık olacağını ve yalnızca kaotik hünerleri olan bazı insanların karşıya geçebilece-ğini düşünebilirsiniz. Oysa ki gerçekte insanlar tümüyle farklı bir şey yapar. Eğer insan yoğunluğu çok değilse, ön-ce bir yönden gelenler karşıya geçer da-ha sonra öteki yöndekiler geçişlerini ya-par. Bu bir şekilde gruplar arasında or-ganize edilir. Kalabalık daha iyi bir ve-rim almak için bu işi anlık olarak orga-nize etmeyi sürdürür.
Helbing kalabalıkların, fiziktekine benzer kavramlarla modellenebileceği-ni fark etmiş. Geçidin bir yanındaki
BiLiMveTEKNiK 58 Ekim 2008
ra uzadıkça bu sıra, bir akışkan ya da gazın uyguladığına benzer bir basınç oluşturmaya başlıyor. Yoğun insan ka-labalığı sonunda insanları karşıya geçi-recek enerjiye ulaşıyor ve böylece ba-sınç ortadan kalkıyor.
Sonraki çalışmalar da Helbing'in, yayalar, trafik ve fabrikada üretilen mal-ların hareketleri gibi sistemlerin ilginç bir şekilde benzerlikler gösterdiği ve bi-rinden öğrenilen bilgilerin bir başka-sında kullanılabileceğine inanmasını sağlamış.
Geçen yıl Helbing ve Dresden Tek-nik Üniversitesi'nden Stefan Lämmer trafik ışıklarının sıkışıklığı gidermek için yeniden düzenlenip düzenlenemeyece-ği üzerine düşünmeye başlamış. Tek-sas'taki A&M Üniversitesi'nden David Shrank ve Tim Lomax'ın bir raporuna göre yalnızca ABD'deki trafik sıkışık-lıkları 78,2 milyar dolar kayba, 4,2 mil-yar saat gecikmeye ve 10,9 milmil-yar litre yakıt tüketimine yol açıyor. Bir başka deyişle verimli bir trafik akışının olum-lu ekonomik etkisi çok büyük olabilir. Bu belki de trafik ışıklarının çalış-malarını kendilerinin ayarlaması için bir yol bulunması anlamına geliyor ki gü-nümüzde birçok sinyalizasyon sistemi bu özellikten yoksun. Şimdilik mühen-disler trafiği mantıklı gibi görünen bir takım kalıplara sokmaya çalışıyor. Ör-neğin ana yollardaki yeşil ışıklar trafi-ğin yoğun olduğu saatlerde daha uzun süreli yanıyor. Ama bu, mühendislerin geçmişte gözlenen ortalama durumlara göre yaptığı ayarlamaların sonucunda gerçekleştiriliyor. Trafik ışıklarının de-ğişen koşullara kendi başlarına tepki verme esnekliği yok. Aynı zamanda mü-hendisler böylelikle trafik ışıklarının tek merkezden kontrol edilmesi gerektiği düşüncesine de sadık kalmış oluyorlar. Helbing ve Lämmer trafik ışıklarına basit bazı işletme kuralları konur ve kendi çözümlerini bulmaları sağlanırsa, ışıkların daha yararlı olabileceğini dü-şünüyor. Bunu göstermek için trafiğin bir akışkan gibi davrandığını kabul eden matematiksel bir model geliştir-mişler. Trafiğin bir akışkan olarak ka-bul edilmesi zaten çok kullanılan bir trafik mühendisliği yöntemidir. Model, bir yoldan gelen bir trafiğin başka bir yoldan ayrılması gereken kavşaklarda neler olduğunu bir boru sisteminde ha-reket eden akışkanın davranışlarına benzer bir şekilde tanımlıyor.
Doğal olarak bir yolun üzerinde, kapasitesinin üstünde trafik akışı oldu-ğu durumlarda sıkışıklık görülebilir. Bunu engelleyebilmek için Helbing ve Lämmer her kavşaktaki trafik ışığını ar-tan trafik basıncına (tıpkı geçidin önün-de biriken insanlar gibi) yanıt verecek şekilde düzenlemiş. Tüm trafik ışıkla-rında bulunan bir algılayıcı anlık trafik durum bilgisini bir bilgisayara gönderi-yor ve bilgisayar da o bölgede bir süre sonra beklenen trafik akışını hesaplı-yor. Bilgisayar aynı zamanda yolu aç-mak ve oluşan basıncı ortadan kaldır-mak için yeşil ışığın ne kadar süreyle yanması gerektiğini de hesaplıyor. Böy-lece her trafik ışığı bir sonra gerçekle-şecek duruma kendisini en iyi nasıl uyarlayabileceği konusunda bir tah-minde bulunmuş oluyor.
En iyisi yalnız
bırakmak
Trafik ışıkları kendilerini çevreye çok uyarlarsa bu çözüm de yeterli ol-mayacaktır. Yalnızca kendi çevrelerine göre bir ayarlama gerçekleştiğinde ile-ride daha büyük bir soruna neden ola-bilirler. Bunu engelleyebilmek için de Helbing ve Lämmer birbirlerine komşu ışıkların bilgilerini paylaştığı başka bir sistem geliştirmiş. Böylece bir trafik ışı-ğının yakınında olanlar ötekilerin de nasıl davranacağını etkileyebilir. Bu şe-kilde kendi kendini düzenleyen ışıklar uzun kuyrukların oluşmasını engelle-yebilir.
Tüm basitliğine karşın, bu kuralla-rın çok iyi çalıştığı görünüyor. Helbing ve Lämmer benzetimlerinde ışıkların bu şekilde çalışmasının toplam
yolcu-luk sürelerinde önemli bir düşüş sağla-dığını ve hiç kimsenin bir ışıkta çok uzun süre beklemek zorunda kalmadı-ğını göstermiş. Bütün bunlara karşın, ışıkların davranışları insanların neyin verimli olduğu konusundaki düşünce-leriyle genelde uyuşmaz. Lämmer “Ne kadar süreyle yeşil yanacağı belirsiz.” diyor. Yine de ortalama yolculuk süre-si kısalıyor ve daha tahmin edilebilir oluyor.
Ayrıca yeni sistem, klasik trafik kontrol yöntemlerinden kaynaklanın bazı sorunları da ortadan kaldırabilir. Trafiğin az olduğu saatlerde sürücü-ler genellikle ışıklarda beklemesürücü-leri ge-rekenden daha çok bekler çünkü sis-tem trafikte daha çok arabanın oldu-ğu durumlara göre tasarlanmıştır. Ör-neğin gecenin ortasında hiç gerek yokken arabalar ışıklarda beklemek zorunda kalır. Kendi kendini ayarla-yabilen trafik ışıkları çevrelerindeki gelişmelere açık olacağından yakla-şan arabayı görerek ışığı yeşile çevi-rir ve arabanın beklemeden geçmesi-ni sağlayarak bu sorunun çözülmesi-ne yardımcı olur.
Şehir planlamacıları gittikçe artan trafik sıkışıklığına karşı kendi kendini düzenleyen trafik ışıklarını pratik bir çözüm olarak görmeye başladı. Helbing ve Lämmer şimdilerde Dresden'deki ye-rel bir trafik bürosuyla çalışıyor. Önce-likle düşüncelerini burada deneyecek ve belki de uygulayacaklar. Dresden’in yol ağı üzerine yaptıkları ilk benzetim-lerin sonucu umut verici olmuş. Läm-mer “Bekleme zamanlarında ve yakıt tüketiminde önemli düşüşler kaydet-tik.” diyor. İsviçre'nin Zürih kenti yet-kilileri de bu yaklaşımdan etkilenmiş görünüyor.
Geleneksel Kendini Düzenleyen Kullanılan Toplam Yakıt (litre/saniye)
Kırmızı Işıkta Bekleyen Araç Sayısı
Zaman
Zaman
İlerleyen arabalar Duran arabalar
Akıllı Trafik lambaları
BiLiMveTEKNiK
Ekim 2008 59
Helbing ve Lämmer, sistemlerinin kendi kendini düzenleyen trafik akışı düşüncesinin, olabilirliğini gösterdiğini öne sürüyor. Arabaların çevre koşulla-rını algılayarak buna göre tepki verme-sini sağlayacak teknoloji günümüzde zaten var ve belki de çok yakın bir ge-lecekte çoğumuz arabalarımızın en azından bazı kontrollerini yolculuk kı-lavuz sistemine devredeceğiz. Arabalar birbirleriyle konuşabilirse, Helbing ve ekibine göre trafikteki durum daha da iyileşebilir ve günün bazı zamanların-daki sıkışıklıkların boyutları azaltılabi-leceği gibi tümüyle de ortadan kaldırı-labilir (bkz. Seyir Kontrolü).
Bütün bunlardan aldığımız daha önemli ders de bugün bağımlı olduğu-muz süper karmaşık yapılarda yalnızca sezgilerimize güvenemeyeceğimizdir. Klasik yöntemleri uygulayarak belki de hiçbir zaman bu sistemleri nasıl kont-rol edeceğimizi öğrenemeyebiliriz. En iyi yol kendilerini yönetmelerine izin vererek yeni yöntemler öğrenmeye ça-lışmak olabilir. Mühendisler artık yal-nızca sorunları çözmüyor, kendi so-runlarını çözecek sistemler de yaratı-yorlar. Kontrol etmek biraz daha kont-rol dışı olmayı gerektirecek gibi görü-nüyor.
Seyir Kontrolü
Günümüz araçlarının bazılarında, sürücünün bazı kontrolleri devredebi-leceği kimi aygıtlar bulunuyor. Yaygın seyir kontrol sistemlerinden olan hız sabitleyicilerden (aracın sürücünün be-lirlediği sabit bir hızla gitmesini
sağla-yan) farklı olarak uyarlanabilir seyir kontrol sistemleri (USK) bir radar yar-dımıyla öndeki aracın hızını ve aradaki uzaklığı belirler. Bu bilgiyi saniyede bir-çok kez güncelleyen sistem, aracın hı-zını ve aradaki uzaklığı ayarlar. Öndeki araç yavaşladığında otomatik olarak fren yapar ya da öndeki araç hızlandı-ğında aynı şekilde aracı hızlandırır. Sis-tem, insan reflekslerinden çok daha hız-lı ve doğru tepki verir.
Dresden Teknik Üniversitesi'nden mühendis Arne Kesting, yakın zaman-da gerçekleştirdiği benzetimlerde bu teknolojinin trafikte ortaya çıkan so-runların giderilmesinde nasıl kullanıla-bileceğini incelemiş. Yollardaki araçla-rın çoğunun USK'larla donatılmasına daha uzun bir süre var gibi görünse de
araştırmacılar çok az sayıda USK kul-lanıcısının bile trafik akışına önemli bir etkisi olabileceğini göstermiş.
Şimdilik sürücüler yalnızca karşı-laştıkları ya da radyo haberlerinde duy-dukları trafik durumlarını dikkate ala-biliyor. USK'lı araçlar yol kenarındaki monitörlerden ya da öteki araçlardan bölgesel trafik durumunu alabilecekle-ri algılayıcılarla rahatlıkla donatılabi-lir. Kesting ve çalışma arkadaşları, bu sinyallerin USK'lı arabaların daha akıl-lıca hareket etmesini sağlaması sonu-cunda trafik sıkışıklığının bir miktar az-altılabileceğini düşünüyor.
Örneğin, bir sıkışıklıktan çıkan araçlar birbirlerini daha yakın izleyerek sıkışıklığın daha çabuk dağılmasını sağ-layabilir. Aynı şekilde sıkışıklığa yakla-şan araçlar da sıkışıklıkla karşılaştıkla-rında ani bir şekilde durmak yerine aşa-malı olarak yavaşlayabilir. Bu, trafiğin daha akıcı olmasını sağlayarak yolun kapasitesinin artmasına ve trafik akışı-nın daha sabit kalmasına neden ola-caktır. Kesting'in benzetimlerine göre araçların %25'inde USK bulunması du-rumunda birçok trafik sıkışıklığı önle-nebilir. Araçlardan yalnızca %3'ünde ol-ması durumunda bile yolculuk süreleri önemli ölçüde kısalabilir.
Kesting ve Helbing şu anda bu dü-şünceleri Volkswagen şirketiyle birlik-te gözden geçiriyor ve birkaç yıl içinde bu sistemleri gerçek yollarda görmeyi umut ediyorlar.
“Law and Disorder”, New Scientist, 09 Ağustos 2008
Çeviri: Cumhur Öztürk
