Kemotaksi Mekanizmasını Anlamak
Fotoğraf : Tokyo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, E. coli gibi kemotaksi davranışında “yüz ve dön” tekniğini kullanan organizmalar için teorik olarak en uygun açıklamayı ortaya çıkarmışlardır ve bunun, droneların otomatik olarak hareket etmelerine yardımcı olabileceğini düşünmektedirler. Kaynak: Endüstri Bilimleri Enstitüsü, Tokyo Üniversitesi.
Güzel bir tatlının aroması, hemen hemen herkesi kokusuna teşvik edebilir. Artan koku yönünde hareket etmek ile genellikle istenen tatlıya da ulaşılabilir. Tek hücreli E. coli bakterisi gibi basit mikroorganizmaların bile benzer bir yöntem sayesinde gıdaya doğru hareket edebildiği ortaya çıkmıştır. Araştırmacılar, bir kokunun kaynağını arar iken mümkün olan en iyi arama stratejisi için teorik bir model geliştirmişlerdir. Bu modelin, kimyasal yönelimlerini kendileri sağlayabilecek drone ve nanobotların dizaynında etkili olabileceğini düşünmektedirler.
Tokyo Üniversitesi, Endüstriyel Bilimler Enstitüsü araştırmacıları, “kemotaksi” gerçekleştiren bakterilerden çok hücreli ökaryotlara kadar çeşitli organizmalar tarafından kullanılan kokuya yönelme stratejisini incelemişlerdir. Kemotaksis, kimyasal bir artışa-azalışa doğru yönelim sürecidir ve çeşitli biçimlerde ele alınmaktadır. E. coli bakterileri “yüz ve dön” adı verilen yaygın bir yaklaşımı kullanmaktadırlar. Kimyasal bir etki bulunmadığı zamanlarda yüzme periyotları, hareket yönünü rastgele değiştiren dönüşler ile kesintiye uğramaktadır. Doğrusal kontrol teorisi, yerleşik mühendislik uygulamalarının bir parçası hâline gelmesine rağmen, biyolojik sistemlerdeki değişkenlikler ve çevresel kimyasal gürültü ile başa çıkmak için yeterli değildir. Bu fenomeni daha iyi anlamak adına daha özel bir incelemeye ve anlayışa ihtiyaç duyulmaktadır.
Ekip, mümkün olan en iyi rastgele algılama yeteneğini ve artışlar-azalışlar içeren kimyasal gürültülü ortamlarda yüz ve dön hareketinin kontrol stratejisini ortaya çıkarmak için stokastik ideal kontrol teorisini kullanmıştır. Kısmen gözlemlenebilir bir Markov karar işlemi kullanarak iç kontrolü modellemişlerdir. Bu çerçevede, ortamı algılamaktan sorumlu ajanlar doğru çözümü direkt olarak hesaplayamasalar da çevrelerini hissederek doğru yaklaşımlar güncelleyebilmektedirler.
Modeli olabildiğince gerçekçi kılmak adına araştırmacılar, dön komutu geldiğinde regülasyonlara fiziksel sınırlamalar uygulayan bir kontrol eklemişlerdir. Kento Nakamura “İdeal çözümümüz ve biyokimyasal bakteri modellerimiz arasındaki uyum, teorik çerçevemizin biyolojik arama sistemlerinin anlaşılmasındaki uygulanabilirliğini gösteriyor,” demiştir. Organizmaların hareketlerini kontrol etmelerinin ve kademeli olarak bir hedefe doğru hareket etmelerinin birincil yolu, kimyasal konsantrasyonun mevcut yönleri boyunca arttığını algıladıklarında dönmeyi engellemektir.
Bu çalışma, kesin konumları bilinmese bile belirli hedefleri bulmak için kullanılabilecek yeni tür otonom yol bulma algoritmalarının yolunu açmaktadır. Yazarlardan Tetsuya J. Kobayashi, “Biyolojik organizmaların iç kontrol mekanizmalarını anlamak, bu sistemlerden yararlanabilecek biyomimetik robotlar tasarlar iken yardımcı olacaktır,” demiştir. Çalışma bulguları Physical Review Research dergisinde yayımlanmıştır.
Makaleyi görüntülemek için “Yüz ve dön kemotaksisinin ideal algılaması ve kontrolü” buraya tıklayın.
Kaynak: phys.org
