Star Wars Yine Güzel Bir Sürpriz Yaptı.
Charles Reilly ve Donald Ingber, Star Wars filmine duydukları saygıdan dolayı yapmış oldukları kısa filmleri In the Beginning’i (Başlangıç’ı) yapmak üzere harekete geçtiklerinde, tek bir amaçları vardı (spoiler verenlerden alınan bilgilere göre, aslına uygun şekilde tek bir spermin bir yumurtayı döllemek için verdiği ölüm kalım savaşındaki zaferini anlatıyorlar).
Harvard Üniversitesi’nde bulunan Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (Wyss Biyoloji Temelli Mühendislik Enstitüsü) kurucusu ve yöneticisi Ingber ve yine Wyss Enstitüsü’nde biyokimya araştırmacısı olan Reilly, anime filmlerinin aynı zamanda bilimsel olarak da tutarlı olmasını arzuladılar. İkili bunu başarmak için, laboratuvardan ziyade sinema perdesine uyan tekniklerden yararlandılar. Genellikle video oyunu tasarlayanlar ve film animatörlerinin kullandığı dijital görüntü yazılımları kullandılar.
Kendileri sinematik bir zafer elde etmekle kalmadı, ayrıca bilimsel verilerin epey dışına çıkarak yeni bir buluşa da imza attı: Moleküler seviyeli mekanikte yeni bir anlayış olun bu buluş, spermin kuyruğunu ileri geri kamçılayarak hız kazanması. Sonuçlar geçtiğimiz günlerde ACS Nano bülteninde yayınlandı.
Ingber ve Reilly, bilimlerini sanat yoluyla açığa çıkarma konusunda acemi değildiler. Şans, Ingber lisans üstü öğrencisiyken gerilim bütünlüğü teorisini uygulamış olduğu Buckminster Fuller mimari dünyasından gelen bir heykelle geldi. Buckminster Fuller’e etkileyici geodezik kubbesinin hem ışığını hem de gücünü veren, sadece yapılar ve vücutlar inşa edilirken değil aynı zamanda moleküler yapılar inşa edilirken de uygulanan gerilimdi.
”Çoğu kişi yapıları, bir tuğlanın ağırlığını diğerinin üstüne bindirmesi şeklinde yer çekimine bağımlı olarak yapar,” diyor Ingber. ”Stonehenge’i (İngiltere’de bulunan tarih öncesi taş kalıntılar) düşünün: Yer çekimi nedeniyle birbirlerini sabit bir biçimde dengede tutan taşlar – biri diğerini sıkıştırıyor. Eğer birine yandan vurursanız tıpkı domino taşları gibi düşerler.”
Gerilimle kıyaslayacak olursak, gerilim sürekli sıkıştırma yerine sürekli gerilime dayanıyor. Vücutlarımız da bu şekilde inşa edilmiştir. Bir dizi kas, tendon ve bağın kaldırdığı, sıkışmaya dirençli kemiklerimiz var. Bu bizim yürümemizi sağlıyor ve bir yandan da itildiğimizde takılıp düşmememizi sağlıyor. Bu itiş, Bucky Fuller’in çalışması ile bir araya gelince, Ingber’in hücrelerin benzer biçimde çalışan sitoskeletleri (hücre iskeleti) olduğunu görmesini sağladı. Hücreler, kendilerini sıkıştıran mikrotübülüslere sahipler (kabaca kemiklerin hücredeki karşılığı diyebiliriz). Gerilmeye dayanıklı lactomycin iplikçikleri ise tendonlarımız gibi hareket ederler. Bu iplikçiklerin gerilimleri hücrenin şeklini ve sertliğini belirler.
Oluşturulan önceki deney, Reilly kendisine ulaşmaya çalıştığında Ingber’i olumlu yaklaşmaya itti. Reilly moleküler biyofizikçi, ama doktorasını almadan önce Park Road Post’da çalışmış; burası Peter Jackson’un post-prodüksiyon film stüdyosu. Kendisi, bir çok başka şeyin yanı sıra Lord of the Rings, King Kong ve Pete’s Dragon’da kullanılan efektlerden de sorumlu. Reilly bilim için film endüstrisini bırakınca, bulunduğu yerde dijital animasyon becerilerini ilerletmeye devam etti. Reilly yeniden ortaya çıktı çünkü animasyonun toplumun bilimi anlamasında kullanılırsa daha yararlı olacağını düşünüyordu.
Her iki araştırmacı da, hücresel ve moleküler dünyadaki çoğu tasvirde eksik olan şeyin inanılırlık olduğunu düşünüyordu. Hücresel dünya ve daha büyük olan biyolojik dünya, onları resmettiğimiz şekillerde sıklıkla bağlantısızdı – örneğin, insan karaciğerini oluşturan hücrelerle karaciğerin kendisi arasındaki bağlantıları görselleştirmek zordur. Karaciğerin insan vücudu ve insan vücudunun kendi daha geniş eko sistemleri ile nasıl bağlantı kurduğunu kavramsallaştırmak daha da zordur. Genellikle Hollywood’a gişe rekoru kıran filmler yapmakta kullanılan yazılımları, bu tasvirleri geliştirmek için kullanmayı umuyorlar, sadece insanların bu tip bilimsel bağlantıları daha iyi anlamalarını sağlamakla kalmayıp fiilen bilimin kendisini de ilerletmek istiyorlardı. In the Beginning bu kavramın bir kanıtı sadece, ama beklentileri epeyce aşan bir kanıt olmuş durumda.
Wyss Enstitüsü – Harvard Üniversitesi
Fiziksel Olmak
Eğer dijital animasyon ve efekt yazılımlarının bilimsel araştırmaları ilerletiyor olması size acayip görünüyorsa, standart Pixar sinemanıza giren fizik miktarının muhtemelen farkına varmamışsınız demektir.
İnsan görüşü kusursuz olmaktan çok uzaktır. Sıklıkla fotoşopla kandırılırken (ve beynimizin görsel bilgilerle doldurularak akıl oyunlarına aldanması sağlanırken), ekranda bir şeyin nasıl hareket ettiğini izlerken, hareketin durduğunu denetleyen bir sistemimiz mevcuttur. Eğer hareket pek doğru değilse ya da bir yüzeyden yansıyan ışık yeterince gerçekçi görünmüyorsa, Japon robotikçi Masahiro Mori’nin bahsettiği esrarengiz vadiye gireriz. Eşyaların neredeyse gerçek gibi ama tam da gerçek olmayan görünümü genellikle ödümüzü patlatır ve arkamızı dönme eğiliminde oluruz; bu, insanların filminizi izlerken yapmalarını isteyeceğiniz şeyin tam tersidir.
Sonuç olarak, ”amaç her zaman görsel gerçekçiliktir,” diyor, görsel efekt yazılım şirketi SideFx’in teknik operasyonlar başkan yardımcısı Luke Moore. ”Doğru görünmeyi sağlayabilmek adına, gerçekten fiziği doğru yaratmak durumundayız. Gerçek, doğru, bilimsel ve fiziksel simülasyonlar yarattık.”
SideFx, Ingber ve Reilly’nin de In the Beginning’de yapmış olduğu Houdini adı verilen bir görsel efekt ve 3B animasyon aygıtı yapıyor. Moana’daki okyanuslar, Game of Thrones’daki patlamalar, ateşler ve sisler, Guardians of the Galaxy 2’deki Ego’nun sarayı için, bunlarla beraber Electronic Arts (EA) gibi şirketlerle yakın çalıştıkları için de tam program takım oyunları için Houdini’ye minnettarız.
Reilly, Houdini’yi bir görsel programlama diline benzetiyor. Kullanıcılar sezgilerini kullanabiliyorlar (herhangi bir geleneksel görsel düzenleme yazılımında yaptıkları şekilde) ama sanatsal olarak keşfe çıkmakta boya fırçası yerine, matematiksel operasyonlar ve kurallar kullanılıyor. Houdini’de, bilimsel modelleme yazılımını bilgilendiren fiziksel prensiplerden yararlanıldı. Ama bilimsel modeller kesinliğe çok fazla odaklanmış olduğundan, çok yavaş olabiliyorlar. Houdini, hızda biraz daha iyi; esrarengiz vadiden kaçınmak amacıyla yeterince kesin simülasyonlar yapıyor, bununla beraber kabul edilebilir hızda prototiplemeye de imkan tanıyor.
”İçinde bir şey bırakmanıza izin veriyor ki bu da yeterince iyi, ama siz çizgi dışında nereyi boyadığınızı biliyorsunuz,” diyor Reilly. ”Daha sonra istediğinizde geri gidebilir ve bunu yeniden gözden geçirebilirsiniz, ama tekrar bakmanız gerekmeyebilir de. Böylece modelleme için iki hafta zaman harcamamış olursunuz.”
Biyolojik sistemleri modellerken akıcılık özellikle önem taşır, çünkü deneysel veriler yeterince kesin değildir ve geleneksel yazılım her zaman ona uymayabilir. Houdini araştırmacıların farklı veri setlerine farklı çeşitlerde ağırlık ölçümleri yapmalarına, böylece de sezgisel olarak karıştırmalarına, eşleştirmelerine ve keşfetmelerine olanak sağlıyor.
X-kanadı Starfighter’ların Death Star’a ateş açmaları yerine, Ingber ve Reilly spermin farklı türden bir termal boşaltma portunu hedef almasını seçtiler; sperm bir yumurtayı döllemek için yarışıyor. Filmlerinde önemli olan spermin kuyruğunu kesin olarak resmetmekti; buna aksonem adı veriliyor. Kendisi, merkezî ve uzun bir çift etrafında bir sütun halinde düzenlenmiş 9 çift mikro tübülden yapılmış bir tüp. Onu düzgün bir şekilde canlandırmak demek, alta doğru atomik seviyeye dek giden kesin bir biyolojik modeli elde etmek demek oluyordu.
Moleküler dinamikler şekil ya da fonksiyondaki moleküler değişiklikleri tahmin etmek için iki metoddan birini kullanır, diyor Ingber. Moleküller her zaman titreşir, esneklik ve farklı şekilleri yaşarlar ama bilim insanları molekülü katı yapabilir (aslında yerinde dondururlar). Bu da size sanki bir insanın enstantane fotoğrafını çekmişsiniz gibi, hakikaten yüksek çözünürlük sağlar ama o kişinin dans mı ettiğini yoksa düşüyor mu olduğunu söyleyemezsiniz. Ya da daha yeni Nobel Ödülü kazanmış bir teknik olan karyo-elektro mikroskobi metodu kullanırlar. Bu durum, molekülleri tüm titrek, esnek ve inişli çıkışlı görkemiyle gösterir ama nispeten daha düşük çözünürlüklüdür.
Genellikle bu farklı cins bilgileri ayıklamanın kolay bir yolu yoktur; bir Android aygıttan iOS emojisi okumak gibidir. Ama animasyon yazılım tekniği, Ingber ve Reilly’ye modeli farklı ölçeklerde de yapma, parçalar oturana kadar değiştirme ve sonra da dönerek oturduğuna emin olmak amacıyla kontrol etme imkanı tanıdı. Sadece tek bir resim parçasıyla, bir tür yapbozu bir araya getirmek gibi bir şeydi: Normalden fazla deneme ve yanılma gerekebilir, ama bir noktadan sonra, eldeki verilere göre yapbozun uygun olan tek bir çözümü vardır. Ölçekler arasında hareket edebilme yeteneği. Buna dinein adı veriliyor ve araştırmacılara, moleküler motorların sperm kuyruğu içerisinde hareketi nasıl yönlendirdiğine dair yeni bir bakış açısı kazandırdı.
Dinein proteinleri mikrotübüller boyunca tutunmuş haldeler. Protein üzerindeki belli bir bağlantı kısmında adenozin tri fosfat (ATP) adı verilen molekül adenozin difosfata (ADP) dönüşürken, dinein biçim değiştirir, kimyasal bağ kırılırken bir enerji açığa çıkar. Bu olduğu zaman, dineinin şekil değiştirme biçimi onun esasen mikrotübülü yakalamasına ya da ona güç uygulamasına neden olur, bu da karşılığında sperm kuyruğunun kıvrılması ve hareket etmesini sağlar. Eğer dinein motorsa, ATP de yakıttır. ATP buraya bağlanınca dinein geri çekilir, bu da spermin meşhur kıpırdama şeklindeki hareketine neden olur. Araştırmacılar dinein dizilerinin, aynen bir botta kürekçilerin aynı anda kürek çekmeleri gibi nasıl birlik içinde çalıştıklarını görselleştirmeyi başardılar.
Bu, sinemalar için kullanılan modelleme olmaksızın mümkün olamayacak bir kavram.
Fotoğraf: Wyss Enstitüsü
Siloların ötesine geçmek
Moore, SideFX yazılımının kullanıldığı çalışmaya doğrudan katılmadı, fakat çalışma hakkında bilgilendirilmekten heyecan duymuştu. ”Bunun olmaya başladığını duyduğum için mutluyum, normalde pek sık bahsetmeyecekleri bu farklı silolar hakkında konuşan insanların sayısı artık daha çok,” diyor. ”Beni mutlu eden de bu. Burada çok fazla potansiyel var.”
Üstelik bu şekilde düşünen tek kişi de o değil.
Reilly, en büyük başarılarının spermin kendiliğinden hareket edebilme bilmecesini çözmek değil, bunu nasıl çözdükleri (farklı disiplinlerin bildiklerini ve aletlerini ödünç alarak) olduğuna inanıyor. Bilim ve eğlence alanlarını örtüştürmenin ilaç geliştirme ve hastalık modelleme çalışmaları açısından sınırsız fırsatlar ortaya çıkartacağını görüyor.
”Bir bilim kurgu filmi hayal edin ve bazı virüs resimlerini filmde istediğimizi düşünün,” diyor Reilly. ”Film yapımcıları ile araştırmacılar virüsü modellemede işbirliği yapabilirler. Film olağanüstü kesinlikteki virüs temsilleri ile uçacaktır, bilim insanları da virüsü fiilen iş başındayken tanıyacaklardır.”
”Burada yapılacak çok iş var, sanat-bilim arayüzünü bir araya getirecek çok sayıda toplantı yapılması lazım. Bunu yapacak sanatçıların sıklıkla bilimde neler olup bittiğini anlamaya çalışıyor olması gerekiyor ki bunları topluma iletebilsinler,” diyor Ingber. ”Bilim insanları buna genellikle tepeden bakarlar, çünkü onların bilimi ilerletmelerinde bir faydası olmadığını düşünürler. Aslında, buradaki durumda eğlence ya da sanat alanındaki ilerleme, bilimsel süreci gerçekten ilerletebilmiştir; bizi asıl heyecanlandıran şey de budur.”
Bu yüzden bir daha gişe hasılatlı, dijital canlandırma efektleriyle dolu bir yaz filmi izlerken, bu film bilim insanlarına ölümcül bir hastalıkla nasıl savaşacaklarını bulmakta da yardım etse çok güzel olmaz mıydı diye kendi kendinize bir sorun.
