Yapay Zeka Ve İnşaat Mühendisliği

Yapay Zeka Nedir?

İnşaat mühendisliğinde yapay zeka konu başlığını inşaat mühendisliği açısından detaylandırmadan önce yapay zeka kavramını açıklamanın daha faydalı olacağını düşünüyorum. Yapay zeka genel anlamda; insanlar tarafından üretilip, makinelere yüklenen kendi kendine öğrenme yeteneği ile sorun çözme ve bağdaştırma gibi insani bilişsel özelliklere sahip akıl örnekleri ya da akıllıca yazılımlar üretmenin yolu olarak tanımlanabilir.

Yapay zeka teknolojisi 1950’lerde gelişmeye başlamış, 1970’lerden sonra önemi artmış ve 1990’larda bilim dalı haline gelmiştir. Bu teknoloji insan zekasının çalışma prensiplerini kopyalamak ve onu taklit etmek şeklinde de açıklanabilir. Yapay zeka çoğu bilim dalında uygulama sahası bulunmuştur. Bilgisayarlar insan beyninin yerini tutmasa da, insan beyni bilgisayarla daha güçlüdür.

Yapay Zekanın Çalışma Prensipleri

Doğrudan insan beyninin çalışmasını modelleyen yapay zeka yöntemleri (yapay sinir ağları)
Uzmanların düşünce biçimini modelleyen yapay zeka yöntemleri (uzman sistemler)
İncelenen problemlerdeki olguları modelleyen yapay zeka yöntemleri (olguya dayalı açıklama)

Yapay Sinir Ağları

İnsan beynindeki nöronların, değişik geometri bağlantısıyla birbirine bağlayan yapay nöronlar ile taklit edilmesine dayanan karmaşık sistemlerdir. Gerçek sinir sistemindeki en küçük bilgi işlem elemanı nörondur. Yapay sinir ağında ise en küçük bilgi işlem ünitesi transistördür. Gerçek sinir sistemi biyokimyasal enerjiyi kullanarak işlem yapar. Yapay sinir ağında, işlemler elektrik enerjisi tüketilerek yapılır.

Uzman Sistemler

Uzmanların düşünce biçimini taklit ederek, özelleşmiş bir alanda önemli problemleri çözmeye yönelik yazılımlardır. Veri tabanı ile çalıştıklarından, felsefi sisteme benzetilebilirler. Uzman sistemler, uzman kişilerin problem çözme yeteneğine sahip, bilgi tabanlı sistemler olarak tanımlanırlar.

Olguya Dayalı Açıklama

Beyin ve düşünce taklidi yerine incelenen olayı taklit etmeye yöneliktir. Dış dünyayı algılama konusunda söylenen, “gözler bakar, beyin görür ” ifadesi sanki bu yöntemi tanımlar niteliktedir. Geçmişte yaşanmış veya yaşanmakta olan bir olayın verilecek kararlar için kullanılmasıdır. Başarılı olması için gözlemci olay hakkında önceden fikir sahibi olmalı ve konuya yeterince konsantre olmalıdır. Örneğin gökkuşağına bakan bir kimse, eğer ışık teorisi ile ilgili bir parça bilgiye sahip değilse gördüğü değişik renlerin ne anlama geldiğini bilemez. Olayı yorumlayamaz. Oysa bir fizikçi, bu olayın, güneşin değişik dalga boylarına göre değişen, farklı kırılma indislerinden kaynaklanan bir renk ayrışması olduğunu, biraz düşününce anlayabilir.

Yapay Zeka Yöntemlerinin Amaçları

Bilimin gelişmesini, yapay-doğal zeka ikilisi ile hızlandırmak
Robot teknolojisini geliştirmede kullanmak
Tıp alanında karışık durumlarda karar vermek
Optik algılama bazında renk ve nesne tanımlamak
Bilgisayarları akıllı hale getirerek onları iyi bir yardımcı yapmak
İnsan beyninin işlevini ve zekayı oluşturan prensipleri anlamak
Sinir sistemini oluşturan canlı doku hakkında bilgi edinmek
Tercüme ve tehlikeli ortamda insan yerine geçecek bir yardımcı elde etmek
Askeri alanda, değişik durumlar karşısında çabuk karar vermek gibi sayılamayacak kadar çok alanda kullanılabilir ve kullanılmaktadır.

İnşaat Mühendisliği Alanında Yapay Zekanın Kullanılması

Dünya üzerindeki işgücünün ortalama yüzde 7’si inşaat sektöründe çalışıyor, bu alanda yapılmakta olan harcamalar yıllık toplamda 10 trilyon dolara ulaşıyor. Bu açıdan bakıldığında en önemli sektörlerden biri olmasına rağmen yapay zekanın bu sektöre daha ağır entegre olduğunu gözlemliyoruz. Piyasadaki çoğu sektörde kullanımı hızla yaygınlaşmaya devam eden, işleri kolaylaştırması, maliyetleri düşürmesi gibi artı özellikleriyle ön plana çıkan yapay zeka, inşaat sektöründe henüz yeni yeni baş gösteriyor, önümüzdeki yıllarda hızlanması beklenen yapay zeka projelerinin yoğun ilgi göreceği açık. Kağıda dayalı işten dijital iş akımına geçiş ile amaçlanan daha akıllı, güvenli ve verimli çalışmalara ulaşmak kolaylaşıyor. Yakın zamanda yapay zekanın her sektörde aktif kullanımı bir gereklilik haline gelecek, günün sonunda alanda ilerleme kaydeden sektörler modern dünyaya ayak uydurabilecek.

İnşaat Mühendisliği Alanında Hangi Yapay Zeka Teknikleri Kullanılıyor?

Yapay sinir ağları yukarıda da bahsedildiği üzere doğrudan insan beyninin çalışmasını modellediğinden, mevcut örnekler üzerinden oluşturduğu genellemeler neticesinde herhangi bir problem hakkında girdi çıktıya uygun daha önce görülmemiş çözümler üretebilir. İnşaat mühendisliğinde yapılan çalışmalarda avantajı, bir değişkene bağlı diğer bağımsız değişkenlerin etki derecesinin kolayca bulunmasını sağlayarak deneysel verilere yakın ve yeterli sonuçlar vermesinin yanında yeni değerler üretebilmesi. Algoritması genellikle kara kutu olarak adlandırılan YSA kompleks ve doğrusal olmayan sorunların çözümü için ideal. Proje bütçesi gibi birçok etmene bağlı faktörde her elemana uygun ağırlıklar atanmasıyla en doğru tahminlerin elde edilmesini sağlar.
Bulanık Mantık (Fuzzy Logic): Bilgisayarın dili 0 ve 1’ler, tabii ki yapay zekaya da hakimler. Klasik mantıkta 1 değerini alan nesne küme elemanı, 0 ise değildir ve yalnızca 1 ve 0 vardır. Ancak bulanık mantıkta 0 ve 1 arasında değişebilen değerler üyelik işlevini oluşturur ve bulanık mantık bir gri bölge sunar. Günlük hayattan örnek vermek gerekirse, suya yalnızca sıcak veya soğuk demeyiz, çünkü sıcaklığın belirli bir derecesi vardır. BM’de belirsizlik bu durumu temsil eden üyelere atanan fonksiyon ile belirlenir. En büyük önem derecesindeki öğe 1 değerindeyse geri kalanı 0 ve 1 arasında değişim gösterir. İnşaat mühendisliği uygulamalarında temel kullanım avantajı içsel bağımlılık ve yapının doğrusal olmayan bir davranışını tanıtma yeteneğine sahip olması.
Sinirsel – Bulanık Sistem (Neuro Fuzzy): Verilerden bulanık sistem oluşturma tekniğine sahip, örneklerden öğrenerek bu sistemi geliştiren bir teknik. Kısaca bu teknikte bulanık sistem ve öğrenme algoritması için sinir ağı teorisi bir arada bulunuyor.
Genetik Algoritmalar: Doğal seçilim ilkesine dayanan; seleksiyon, çarprazlama, mutasyon gibi operatörlerin kullanıldığı sayısal iyileştirme yöntemi. Bağımsız parametreler kromozomlar içine kodlanır. Yapıların her anlamda optimizasyonunda avantajlı hesaplama sonuçlarına ulaşmak mümkündür.