ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ GERÇEKLİK ARTIK GÖZÜMÜZDE

Sadece gözünüze takacağınız bir lens veya gözlükle, çevrenizdeki konuşmaların altyazıya dönüştüğü, navigasyon sisteminizin her adımınızda güncel görüntüler sunduğu, ve çevrenizde gelişen olaylarla ilgili anlık bilgilerin gözlerinizin önünde belirdiği bir gerçeklik hayal edin. Zenginleştirilmiş bu gerçekliğin, hayatımızı nasıl şekillendirdiğini ve şekillendireceğini inceleyeceğiz.

Zenginleştirilmiş gerçeklik (ZG) veya diğer adıyla artırılmış gerçeklik (augmented reality) fiziksel ve gerçek dünyadaki algılarımızın, bilgisayarlar yardımıyla eklenen ses, görüntü, video veya GPS verileriyle birlikte çoğalması anlamına geliyor [1]. Aslında bu kavram, teknolojinin sayesinde insanın gerçeği algılamasını zenginleştiren tüm aktiviteleri içeriyor. Yani kısaca, gerçek dünyanın sanal öğelerle birleştirilmesi. Zenginleştirilmiş gerçekliğin sanal gerçeklik ile arasındaki temel farklılık şu: sanal gerçeklik zaman, fizik kanunları ve malzeme özelliklerinin simüle edildiği taklit bir gerçeklik iken, zenginleştirilmiş gerçeklik gerçekliğe sadık kalarak gerçek öğeleri de hala içinde barındırıyor. Çok basit bir örnekle iki kavramı kıyaslamak gerekirse, televizyonda seyrettiğiniz bir futbol maçını gözümüzün önüne getirelim. Bu futbol maçını en kaba haliyle sahada koşuşturan adamları görüp, seslerini duyduğumuz bir gerçeklik olarak kabul edelim. Eğer bu maç sırasında arkada bir spiker maçı anlatırsa veya maç sırasında sol üst köşede maçın skoru veya ekrana maçla ilgili istatistikler yansıtılırsa, bir anda zenginleştirilmiş gerçeklikle karşılaşmış oluyoruz. Eğer ki bu seyrettiğimiz maç gerçek insanların maçı değil de, bir bilgisayar veya konsol oyunu görüntüleriyse (ne kadar gerçeğe yakın görüntülere sahip olsa bile) bunun adı sanal gerçeklik oluyor.

Zenginleştirilmiş gerçekliğin arkasında yatan temel çalışma prensibi, gelişen kamera teknolojileri ve nesne tanıma algoritmaları sayesinde çevre öğelerinin insan ile etkileşimli ve değiştirilebilir hale gelmesi. Gerçek görüntülerin üzerine bu nesnelerle ilgili bilgiler veya yeni görüntüler eklenebiliyor. Bugün için en çok kullanılan teknolojik ortam kafaya takılan ekranlar (Şekil 1), sensör ve motorlarla hazırlanılmış düzenekler (Şekil 2), ve sanal retina ekranları. Yazının ilerleyen bölümlerinde, ZG’nin hayatımıza çoktan girmiş uygulamalarını inceleyip, özellikle de sanal retina ekranları için hazırlanan kontak lenslere odaklanacağız.

Var Olan Uygulamalar

Konumuza geçmeden önce, zenginleştirilmiş gerçekliğin nerelerde kullanıldığına kısaca ve bolca örnekli bir şekilde göz atalım [1]:

Reklam ve pazarlama: Karşılıklı etkileşime dayanan ve ZG kullanan reklamlarla bugünlerde sıkça karşılaşmak mümkün. Elinizdeki kameralı cep telefonu veya tablet bilgisayarla bir arabayı 3 boyutlu inceleyebilirsiniz:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=pFS6EHzBGVc&w=360&h=270]

Yolda yürürken yanı başınıza bir meleğin inmesi de söz konusu:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=RnN6s0xfMvs&w=360&h=270]

Görev yardımı: İnsanın kendi gözleriyle görmekte veya duyularıyla algılamakta zorlandığı özel görevlerde (örneğin askeri operasyonlarda, tıbbi teşhis veya ameliyat sırasında) sıkça kullanılıyor. Birçok sensör görüntüsünün (Röntgen, tomografi, ultrason veya mikroskopi) gerçek kamera görüntülerinin üzerine bindirildiği ZG doktorlara yardımcı oluyor. Aşağıda tüm bu öğelerin bir arada kullanıldığı bir ameliyata doktorların bakış açısından şahit olabilirsiniz (Uyarı: rahatsızlık verebilecek kan veya ameliyat görüntüleri içerir):

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=YskE3Mw4uYM&w=360&h=270]

Ayrıca fabrika işçilerinin işlerini daha etkin bir şekilde yapabilmeleri için ve öğrenme sürelerini kısaltmak için verilen eğitimlerde kullanılıyor. Aşağıda orduya ait bir aracın tamiri konusunda deneyimsiz bir tamir personeline ne yapması gerektiği konusunda yardımcı olmaya yarayan bir ZG örneğini seyredebilirsiniz:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=mn-zvymlSvk&w=360&h=270]

Navigasyon: Savaş uçaklarındaki kafa üstü ekranları veya arabalardaki ön cama yansıtılan navigasyon ve trafik bilgileri sürücüler için çok yararlı olabiliyor. Bu tarz sistemler aracın sürücüyle karşılıklı etkileşimini ve bakış yönü takip sistemlerini içeriyorlar. Özellikle de BMW, Corvette ve GM gibi araba üreticileri tarafından üretilen arabalarda bu sistemler sıkça karşımıza çıkıyor. Aşağıda gelecekte arabalarımızda bizleri neler beklediğine dair öngörülen bir videoyu seyredebilirsiniz:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=WWgy1Y27QnI&w=360&h=270]

Eğlence ve eğitim: Müze, sergi, eğlence merkezleri, oyunlar ve kitaplarda kullanılıyor. Çalışma masanız bir anda savaş alanına veya otopsi masasına dönebiliyor:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=wUxSwsy3PZo&w=360&h=270]

Alışveriş: ZG bazı ürünlerin, fiziksel olmasa da sanal olarak farklı şekilde gösterilmesine yardımcı olabiliyor. Schaumburg’daki Lego dükkanında, merak ettiğiniz ürünlerin karşılık gelen QR kodlarını kullanarak farklı  varyasyonlarını görebiliyorsunuz:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=mUuVvY4c4-A&w=360&h=270]

Sanat: ZG konser ve tiyatro oyunlarında da kullanıyor. Bazı sanatçılar kendi performanslarını, seyircilerinin katkılarıyla birleştirerek, onlarla aralarında daha güçlü bağlar kurmayı ve daha keyifli tecrübeler yaşatmayı sağlıyorlar. Aşağıdaki video klipte olduğu gibi:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=T4Nuje_YCoM&w=360&h=270]

Çeviri: Film ve videolarda dinamik altyazılar hazırlamak ve anında çeviriler yapmak mümkün. İspanyolca’yı anında İngilizce’ye çeviren bir teknoloji ilginizi çeker miydi?:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=h2OfQdYrHRs&w=360&h=270]

Tüm bu uygulamalardan sonra gelelim esas konumuza:

Geleceğin teknolojisi – ZG kontak lensleri

Her ne kadar insan gözü milyonlarca rengi görebilse de, ışık değişiklerine reaksiyon verebilse de ve en hızlı internetten bile daha hızlı bir şekilde bu görüntüleri beyne yollayabilse de, beynin görüntüleri işleme kapasitesi ve hızı sınırlıdır. Peki ya bu kapasiteyi ve hızı artırabileceğimiz bir sistem olsa? Ne demek istediğimi sinema dünyasının ölümsüz sahnelerinden biriyle özetliyim: Terminatör 2 filminde bir sayborgun,  gördüğü ve algıladığı detayları ZG kullanarak birleştirdiği ve tüm bu görüntülerin robotun görüş açısında belirdiği sahneleri hatırlatayım sizlere ( YouTube’da seyretmeniz gerekmektedir):

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=9MeaaCwBW28&w=360&h=270]

Bu bilgi akışı içerisinde birkaç saniye içinde çevrede olan biteni anlamak ne kadar da kolay değil mi? Bu tarz bir görme yetisi gerçekten de mümkün mü acaba?

Günümüzde 100 milyonun üzerinde kontak lens kullanıcısı var ve aslında bu kontak lensler gözümüzün önünde bulundurduğumuz birer küçük ekran. Eğer lenslerimizi birer bilgisayar ekranı veya televizyon olarak kullanabilirsek teorik olarak kontak lenslerimizde ZG’yi yaşamak mümkün. Sadece sıradan bir kontak lense eklenecek LED’ler, kontrol ve haberleşme devreleri ve antenlerle, lensi takan kişinin gözlerinin önünde resimler, yazılar ve grafikler belirlemesini sağlamak gerekiyor. Ayrıca bahsi geçen bütün bu donanımın yarı transparan olması gerekiyor ki, insanlar gerçek dünyayı görmedeki becerilerinden ödün vermesinler. Ayrıca taşınacak bir elektronik gereç sayesinde de tüm işlenen bu veriler, kontak lensteki optoelektronik elemanlara gönderilebilir ve gerçek görüntülerin üzerine binecek resim oluşturulabilir.

2011 yılında Vaşington Üniversitesi’nde çalışan bilim insanları ürettikleri tek bir LED’e sahip bir kontak lensi, radyo frekanslarıyla kablosuz haberleşebilecek şekilde tasarladılar [2] (Şekil 3).  Prof. Babak Parvis, bu tarz lenslerin yararlı olabilmeleri için çok karmaşık olmalarına gerek olmadığına inananlardan. Tek bir pikselden oluşan bir LED olsa bile, fazladan bir bilgi ileteceğinden işitme engelli insanların işine yarayacaktır. Eğer daha çok renk ve çözünürlüğe ulaşabilirse, bir önceki bölümde örneklendirdiğimiz tüm uygulamaları bu kontak lenste gerçeklemek mümkün olacak. Resim işleme teknikleri ve internet erişimi ile fiziksel bir ekrana gerek bile duymadan gözünüzün önünde yepyeni bir dünya belirecek.

Görüntü zenginleştirmenin diğer olası avantajlarına gelecek olursak… Vücudunuz ve sağlığımız hakkında elde edebileceğiniz tüm bilgileri, anında lenste gösterebilmek ve değerleri kontrol edebilecek bir arayüze sahip olmak çok enteresan bir fikir olabilir. Çoğumuzun bilgisayar oyunlarından bildiği, ekranın bir köşesinde beliren ve ölmek üzereyken bandaj, sağlık iksiri, yemek vs. bulmamız için bize uyarı sinyalleri gönderen, kahramanımızın sağlık durumunun gösterildiği köşedeki minik ikonlardan ve sayılardan bahsediyorum.  Babak Parvis ve ekibi yaptıkları deneylerde, glükoz gibi bazı moleküllerin yoğunluğunu ölçerek, örneğin kan şekeri düşen veya çıkan diyabet hastalarına uyarı göndermeyi başardılar. Günümüzde kullanılan kontak lensler gözümüzle arasında ihtiva ettiği sıvı sayesinde uzunca bir süre vücuttaki biyolojik ve kimyasal aktivitelerimiz hakkında kan testindeki verilerle ilişkili olabilecek önemli bilgiler toplayabilir. Bunların arasında kolesterol, sodyum ve potasyum değerleri gibi bugün genellikle kan testleriyle ulaştığımız veriler de var. İleride tasarlanacak lensler bu bilgileri kullanıcıya anında gösterebilir ve hatta daha da ileri giderek lens bu verileri hastanenize, doktorunuza, hemşirenize veya kişisel (yapay zeka) doktorunuza ulaştırabilir.

Bu tarz lenslerin (Şekil 5) tasarımı ve üretilmesi oldukça zahmetli. Tüm bileşenlerinin sıfırdan ayrı ayrı üretilmesi gerekiyor. Silikon devreler ve LED’leri doğrudan lensin üzerinde üretmeniz mümkün değil, çünkü yüksek sıcaklıklar ve aşındırıcı kimyasallar kullanmak gerekiyor ve her iki üretim tekniği de lense zarar veriyor. Ayrıca üretilen bu malzemelerin normal boyutlarından çok daha ufak olmaları gerekiyor ki, 1.5 santimetrekarelik bir alana sığabilsinler. Prof. Parvis’in ekibi bu sorunu %100 çözememiş olsa da, kendilerine özgü bir birleştirme süreci geliştirmişler. Tabii ki bu tarz bir lens üretilirken diğer önemli kıstas kullanıcının sağlığına zarar gelmemesi. Çoğu LED zehirli olan alüminyum galyum arsenit içerdiğinden biyo-uyumlu bir kapsülün içerisine yerleştirilmesi gerekli.

Bugüne kadar grup, nano mertebesinde bazı biyo-sensörler, tek kristalli silikon transistörler, antenler, yongalar, dirençler, LED’ler ve silikon bazlı fotodetektörler üretmeyi ve mikrometreler kalınlığından bağlantılarla tek bir devreden oluşan kontak lens haline getirmeyi başarmışlar. Bu lenslerin güvenli olup olmadıklarını canlı tavşanlarda 20 dakika süren oturumlarda test etmişler. Sonuçlar olumlu.

Bu lensler nasıl çalışıyor?

Cisimleri görmemize yarayan prensip basit. Bir ışık kaynağından gelen ışık (güneş, lamba, vs.) görüş alanımızdaki nesneye çarparak onu aydınlatır ve bir fotoğraf makinesi gibi görev yapan gözlerimize ulaşır. Işık, göze, gözbebeğinden girip billur merceklerden geçer ve gözbebeğinin karşı duvarında bulunan özel bir dokuya, retinaya yansır ve daha sonra sinirsel olarak beyne iletilir. Yeterli ışık olmadığı durumlarda ise nesneleri göremeyiz. Bu lens nesnelere kıyasla zaten bize çok yakında bulunduğu için, nesnelerin aydınlatılması gibi yüksek güç tüketen aydınlatma mekanizmalarına gerek duymaz. Lensi güçle beslemenin iki yolu var. Birincisi lensin üzerine bir sıra LED pikselleri dizerek aktif ekran oluşturmak. İkincisi ise dışarıdan gelen ışığı (harici ışık kaynağı) renk ve transparanlığını modüle eden bir  pasif ekran kullanmak. İkinci yöntem küçük sıvı kristallerin arkadan verilen beyaz ışığı kırmızı, yeşil ve mavi filtreler kullanarak kestiği veya geçirdiği, ve bu sayede renkli görüntülere dönüştürdüğü LCD teknolojisini andırıyor.

Normalde insan gözü korneasına 10 santimetreden daha yakın olan objelere odaklanamaz. Bu sorunu ortadan kaldırmak ve LED’lerde oluşacak görüntüyü lens kullanıcısına keskin bir şekilde göstermek için çok hoş bir yöntem kullanıyorlar. Teorik olarak oluşan görüntünün korneadan uzaklaştırılması prensibine dayanıyor. Fiziksel olarak bu mümkün olmadığı için, göz anatomisi ve fizyolojisi hesaba katılarak daha minik, mikro-lensler kontak lensin üzerine gömülüyor. Bu sayede lens üzerindeki her piksel veya bir grup piksel göz ile lens arasındaki bu mikro-lenslere atanıyor. Lensin kendisi ile mikro-lensler arasında 360 mikrometre gibi bir aralık bırakıldığı zaman oluşan sanal görüntü yaklaşık yarım metre geriye atılmış oluyor ve gözümüz de görüntüye rahatlıkla odaklanabiliyor.

Tüm bu bilgiler ışığında ortaya çıkan bir gerçeklik var ki, o da bu lensin gözümüze oturabilmesi için çapının 1.2 milimetre olması gerektiği. Bu kadarlık bir alana minyatür bir pil koymak zor gibi duruyor. Ayrıca bu tarz pilleri şarj etmesi zor ve bir kaza durumunda göze lityum iyonlarının sıçrama ihtimali var. Bu sebeple geliştirilen iki yöntemden birincisi çevre titreşimlerini enerjiye çevirmek (ki şu an için yeterli enerji verimliliğine sahip değil), ikincisi ise güneş ve radyo frekans (RF) enerjisi kullanmak.

Güneş panelleri kullanarak 1 santimetrekarelik alanı güç üretimine ayrılırsa, %10 verimlilikle en az 30 mikrowatt enerji elde edilebiliyor. RF enerjisi kullanılırken bu alan antenlerle kaplı oluyor ve kullanıcının cebine yerleştirilmiş bir RF enerji kaynağından beslenebiliyor. Örneğin, 900-Megahertz ve 6-GHz aralığında çalışıldığında 100 µW enerji elde etmek mümkün.

Google Gözlük Projesi

2012 Nisan ayında duyurulan Google’ın gözlük projesi şu an için sadece bir konsept video yayınlamış durumda [3]. İnternet, konum servisleri ve sosyal medyayı direk gözlerimizin önüne getirmeyi hedefleyen Project Glass, anladığımız kadarıyla bir akıllı telefonun yapabileceği tüm şeyleri, takılabilen bir gözlükte toplamaya kararlı. Yukarıda bahsetmiş olduğumuz kontak lens projesinin mimarı Prof. Babak Parvis’in ve sürücüsüz arabalar projesinden tanıdığımız Prof. Sebastian Thrun’un da bu Google projesinde imzalarının olduğunu görüyor olmamız, Google’ın gözlük projesini ne kadar ciddiye aldığını gösteriyor. Projenin tanıtım videosunu aşağıda seyredebilirsiniz:

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=9c6W4CCU9M4&w=360&h=270]

Freni patlamış kamyonun yokuş aşağı gittiği hızla ilerleyen teknolojinin gelecekte önündeki yegane bariyerin güvenlik ve mahremiyet konuları olacağını düşünüyorum, ama o konuya da başka bir yazıda değinelim.

Kaynaklar:

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_reality

[2] http://spectrum.ieee.org/biomedical/bionics/augmented-reality-in-a-contact-lens/0

[3] https://plus.google.com/111626127367496192147/posts