Sürülerin modellenmesi

Balıklar, kuşlar, sığırlar ve daha birçok hayvan sürüsü bir bütün olarak akıcı hareketler sergiler. Bu hareketler bireyler arası basit etkileşmeler ile modellenebilir. Yeni bir çalışmada çok farklı balık türlerinde aynı biçimde sürüleşme gözlendi.

Canlıların toplu hareketi tabiatın en ilginç gösterilerinden biridir. Aşağıdaki videoda bir sığırcık sürüsünün büyüleyici dansı kaydedilmiş:

Sürüde görünür bir lider yok. Sürü bir bütün olarak büyük bir hızla hareket ediyor, bölünüyor, birleşiyor, uzuyor, topaklanıyor, ileri geri hareket ediyor. Sığırcıklar uçuyor ama sürünün kendisi uçmaktan ziyade sanki bir sıvı gibi akıyor. Bu hızda, hiç bir koordinasyon olmadan, kuşlar nasıl oluyor da sürünün bütünlüğünü bozmuyorlar?

Belki kuşlar sandığımızdan zekidir, veya telepati ile anlaşıyorlardır! Ama bu davranışı sadece kuşlarda görmüyoruz. Balıklar, karıncalar, bakteriler, çekirgeler, sığırlar, hatta insanlar da benzer ortak sürü davranışı sergiliyorlar. Mesele zekadan öte, vizyon: Kalabalık içinde bireyler sürünün tamamını göremez, sadece en yakındakilere bakarak hareket etmek zorunda kalır. Bu yüzden bu soruya birey temelli modelleme (agent-based modeling) ile yaklaşmak doğru olur.

Sürü (swarm) davranışını modellemeyle ilk ilgilenenlerden biri olan Craig Reynolds 1986’da probleme bilgisayar grafiği açısından yaklaştı; sürülerin hareketinin inandırıcı bir şekilde anime edilmesi için bazı basit kurallar oluşturdu. Reynolds’un “boid”leri (“birdoid”den) sadece belli bir mesafe ve belli bir görüş açısı içerisinde olan türdeşleriyle etkileşir, sabit hızla uçar ve aşağıdaki kurallara göre yön değiştirirler:

  1. Çok yakındaki komşularından uzaklaş.
  2. Komşularınla ortalama olarak aynı yönde hareket et.
  3. Uzaktaki komşularına yaklaş.

Bu kuralların her biri ayrı bir uçuş vektörü belirler; net hareket hepsinin toplanmasıyla elde edilir. Aynı yöntem sürüyü oluşturan her bir bireye uygulandığında sürünün ortak bir hareket sergilediği görülür. Reynolds’un boid yöntemi gerçekçiliği nedeniyle Hollywood animasyonlarında, sözgelişi “Batman Returns”deki yarasa sürülerinde ve “The Lion King”deki sığır sürüsünün koşuşma sahnesinde kullanıldı:

Böylece, sürü hareketinin koordinasyonsuz oluşabileceği görülüyor. Hatta koordinasyon sağlayacak bir lider olsaydı hareket bu kadar akıcı ve düzgün olmazdı. Bireylerin miyopluğu yüzünden liderin talimatları yavaş dalgalarla yayılır, gecikmelere ve düzensizliklere yol açardı.

Başka kurallar da kullanılabilir elbet. Sözgelişi, Eötvös Üniversitesi’nden Tamas Vicsek‘in modelinde tek bir kural var: Her birey sabit hızda yol alır, belli bir mesafedeki komşularına bakar ve onların ortalama istikametinde ilerler. Modeli biraz ilginç kılmak için bu ortalama istikamete rastgele belirlenen küçük bir açı (“gürültü”) eklenir. Bu şekilde model, fizikçilerin iyi bildiği Ising modeline benzer ve aynı onun gibi, gürültü belli bir seviyeyi aştığında düzensizliğe geçiş yapar.

Modellere istediğimiz gibi kurallar koyabiliriz, ama önemli olan sonucun gözlemlere uyup uymadığı. Doğru bir model elde edebilmek için önce bireylerin davranış kalıplarını iyi anlamak, sonra sürünün davranışını nicel olarak iyi tarif etmek, ardından da nasıl bir modelle sürü davranışını elde ettiğimize bakmak gerekir.

Yeni bir çalışma, balık ve krill türlerinin oluşturduğu sürülerin biçimlerini inceliyor. Gözlendiğine göre çok farklı bölgelerde yaşayan değişik türler aynı biçimde sürüler oluşturuyor. Sürüler küre veya topak değil, düzensiz kristalleri andıran bir biçim alıyor. Sürülerin yüzey/hacim oranı, bütün gözlemler için yaklaşık olarak aynı değeri veriyor (3.3 m-1). Sürülerin büyüklüğü veya yoğunluğu değişse de bu değer aynı kalıyor.

Bilgisayar modellemesinden görülüyor ki, sürüyü oluşturan balıklar ve krillerin hareketlerinin temel itici gücü sudaki oksijen. Hayvanlar komşularına mesafelerini yeterli oksijen almaya göre ayarlıyorlar. Bu ihtiyacı modele koymak, gözlenen sürü yapısını büyük ölçüde açıklıyor.

Araştırmacılara göre, küresel ısınma yüzünden okyanus sularında oksijenin azalması sürülerin küçülmesine veya bireyler arası mesafenin artmasına yol açacak. Balıkların yakalanmasının böyle zorlaşması hem ticari hem de onları avlayan türler için ekolojik etkiler yaratabilir.

Reklamlar

Kaan Öztürk hakkında

Kaan Öztürk İstanbul’da doğdu. İstanbul Lisesi ve Boğaziçi Fizik mezunu. Rice Üniversitesi‘nde uzay fiziği alanında doktora yaptı. Işık ve Yeditepe üniversitelerinde ders verdi. 2015-2016 döneminde Rice'da ziyaretçi araştırmacı olarak çalıştı. Bugünlerde Sabancı Üniversitesi'nde optimizasyon ve yapay öğrenme konularında doktoraüstü araştırmacı olarak çalışıyor.

20 Eylül 2010 tarihinde Bilimsel Programlama içinde yayınlandı ve , , olarak etiketlendi. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin. 1 Yorum.

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: