Robotlarda işitme

Canlılarda ve makinelerdeki algılama sistemlerinden duyma konusunu ele alacağız bu sayımızda. Canlılarda duyu sistemi nasıl çalışır? Makinelerde muadili nasıl oluşturulur?

Duymayı anlatmak için öncelikle sesin oluşumunu ve aktarımını bilmemiz gerekiyor. Nasıl ki gözleri kör olan bir kişi için ışığın ve renklerin bir anlamı yoksa, doğuştan itibaren duyma yetisi olmayan biri için de ses diye bir şey yoktur. Öyleyse ses nedir? Nasıl oluşur? Canlıların duyabileceği sınırlar nelerdir?

Ses Nedir?
Ses; atmosferde bulunan hava dediğimiz değişik oranlardaki gazlardan (% 78′i azot, % 21 oksijen ,%1 oranında asal gazlar, hidrojen, helyum, argon, kripton, ksenon, neon) oluşan bir kütledir.

Dünya yer küresinin yüzeyinden yaklaşık 400 km kalınlığa kadar ulaşır, yükseklere çıkıldıkça seyrekleşir ve her yerde homojen değildir. Bu gazlar serbest halde dolaşır. Herhangi bir malzemenin mekanik titreşimlerine tepki gösterir. Bu mekanik titreşimlerle eş zamanlı oluşan hava kütleciklerine ses diyoruz. Yani ses sadece havanın olduğu yerde vardır. Hava yoksa canlılar için ses de yoktur.

Akciğerlerimize çektiğimiz havayı geri verirken hava ses tellerimizden geçer. Tellerin mekanik titreşimleri sonucunda genleşip daralan hava paketçikleri oluşur. Bu paketler bir sonraki hava moleküllerine  enerjilerini  aktararak gittikçe enerjilerini kaybederler ve belli bir mesafeden sonra sönerler. Bu durum sesi oluşturan kaynağın genliğine bağlı  olarak daha  yakına veya uzağa gitmesini  sağlar. Genellikle desibell (db) cinsinden ölçümlendirilir.

Nasıl Duyarız?
Yeterli enerji seviyesine sahip hava paketçikleri kulağımıza ulaştığında duyma eylemi gerçekleşir. Kulağımız üç ana katmandan oluşur; dış kulak, orta kulak ve iç kulak. Dış kulak, kulak kepçesi ve kulak borusundan ibarettir. Kulak kepçesi hava paketlerini yakalar ve sesin yönünü bulmamıza yardımcı olur. Yakalanan ses paketleri, kulak borusundan ilerleyerek orta kulağın bir parçası olan kulak zarına gelir ve paketler soğan zarına benzeyen kulak zarını titreştirir. Kulak zarı bu titreşimleri 12-19 kat arttırdıktan sonra kendine bağlı ardışık üç kemik (Örs, Çekiç, Üzengi) aracılığıyla iç kulağa aktarır.  İç kulaktaki Perilenfa sıvısı bu kemikler tarafından titreştirilir.
Buradan da Endolenfa Membranına ulaşırlar. Endolenfa’daki dalgalanma ince kıl şeklindeki reseptörleri (Corti Organı) uyarır. Bu işlem, sinir impulslarının başlamasını ve işitme siniri ile beyne taşınmasını sağlar. Beyin bu sinyalleri yorumlar ve böylece duymuş oluruz. Yalnız, bu doku sistemlerinin yapıları gereği yakalayabilecekleri bir titreşim sınırı vardır. Bu sınır insanlar için saniyede yirmi ile yirmi bin (20 – 20.000 Hz) titreşim arasında olur. Bu sınır canlılar arasında farklılık gösterir. Saniyede  beş titreşim kullanan canlılar (fillerin kullandığı) olduğu gibi, otuz beş kırk bin titreşim kullanan canlılar da (yarasalar) bulunmaktadır. Çocukların ve gençlerin kulakları yetişkinlere göre daha yüksek frekanslı seslere (titreşimlere) duyarlıdır.  Saniyedeki titreşim veya dalga sayısına frekans denir ve birimi Hertz (Hz) dir.  Ses havada etki yöntemi  ile dağıldığından belli bir hızı vardır. Bu hız normal sıcaklık altında (23 santigrat) saniyede 333 mt / sn dir. 32 santigrat derece civarında 340 /sn dir. Sesin bu özelliği kullanılarak sonar radarları geliştirilmiştir.

İki kulağımız olduğundan, ikisi arasındaki ses şiddetini kıyaslayarak sesin geldiği yönü bulabiliriz. Kulağımızda genzimize açılan bir kanal (Östaki Borusu) vardır. Bu kanal, kulak içi basıncın ayarlanmasında kullanılır. Genellikle kendi sesimizi bu kanaldan gelen titreşimler vasıtası ile duyarız. Bu sebeple de kendi sesimizi bir kayıt cihazından dinlerken tanıyamayız. Bunun nedeni; biz konuşurken sesin çoğunluğunun Östaki Borusu’ndan gelmesidir. Kendi sesimizi bu şekilde tanımlarız. Sesimizi kayıt cihazından dinlerken, sesimiz dış kulak yoluyla beyne ulaştığından tanıyamayız.

Robotlarda Duyma Eylemi Nasıl Gerçekleşir?

Robotlarda duyma, şu an için canlılardaki kadar gelişmiş olmasada yapısal olarak canlılardakinin kopyası sayılabilir. Ses önce mikrofon dediğimiz ses paketlerini elektrik sinyallerine çeviren  kompanente girer. Buradaki kulak zarına benzeyen diyaframa çarpar ve diyafram hareketleri çeşitli  elektrik üretme mekanizmalarından biri vasıtası ile (Genellikle sabit bir mıknatıs üzerinde diyaframa tutturulmuş bir bobin) elektrik sinyallerine dönüştürülür. Fakat üretilen bu sinyaller işlenebilmek için yeterli büyüklükte (Genlikte) olmadıklarından bir yükselteç (Amplifikatör) yardımıyla gerekli seviyeye yükseltilir. Bu elektrik sinyalleri bilgisayar tarafından çözümlenebilecek nitelikte olmadıklarından bilgisayarların çalışma prensibini oluşturan binary sisteme uyarlanmaları gerekir. Analog digital çevirici (A/D Converter) bir sistemle analog sinyaller sayısal sinyallere çevrilerek bilgisayara aktarılır. Bilgisayara önceden yüklenmiş olan seslere karşılık gelen sayısal verilerle karşılaştırılır ve buna karşılık gelen komut yerine getirilir. Bilgisayarların hızları arttıkça bu komutları değerlendirme ve işleme zamanı azalmakta, seslerin daha hassas işlenebilmesi sağlanmaktadır. Bugün aynı yöntem birçok şirket tarafından insansız telesekreter hizmeti verecek şekilde de kullanılmaktadır.