M. Nilgün Ercan
Yapay zekâ konusundaki gelişmeler, birçok alanda olduğu gibi kimya mühendisliğinin mesleki faaliyetlerinde de dikkate değer değişimlere neden olacak gibi görünüyor. Üretken YZ vasıtasıyla birçok karmaşık işin otomasyonu sağlanarak işlerin yapımına ve öğrenme sürecine ilişkin köktenci değişiklikler gündeme geliyor. Üretken bir YZ modeli olarak OpenAI tarafından geliştirilen ChatGPT gibi büyük dil modelleri (LLM’s) günlük yaşama girerken, video, ses, görüntü ve 3D modelleri gibi diğer üretken YZ sistemleri de teknolojik gelişmeler arasında. Digital Chemical Engineering Dergisinde yayımlanan bir makale, kimya mühendisliğinin faaliyet alanlarına üretken yapay zekâ modellerinin girmesiyle mesleki sorumluluklar açısından dikkat edilmesi gereken hususlara değiniyor.
Kimya Mühendisliği ve üretken yapay zekâ
Kimya mühendisliği disiplini, küresel ölçekteki gelişmelere paralel olarak, düşük maliyetli ve tükenmeyen girdiler yaklaşımından uzaklaşarak sürdürülebilirlik ve verimliliğin öne çıktığı bir sürece girdi. Kimya mühendislerinin tek çalışma alanı olmamakla birlikte ağırlıkla istihdam edildiği kimya endüstrisi çevreye verdiği zararların sınırlanması ya da azaltılması için yeni teknolojileri kullanmak durumuyla karşı karşıya. Kimya mühendisliği faaliyetlerinin daha az enerji, daha az girdi ve daha az malzeme kaybıyla toplumsal açıdan sorumlu bir şekildesürdürülmesi gerekiyor. Bu doğrultuda, güvenlik kültürü kârlılıktan önce insanın düşünülmesini, çevresel bilincin gelişmesi de benzer şekilde öncelikle gelecek nesillerin yaşam koşullarının dikkate alınmasını gerektiriyor. Genel kanı, dijital teknoloji ve YZ’ ye dayalı otomasyon ile sistem ve proses tasarımının daha verimli ve doğru yapılacağı yönünde.
YZ’ nin, kimya mühendisliği faaliyet alanı kapsamında proses ve ölçü kontrol tasarımı (P&ID), tehlike ve işletilebilirlik (HAZOP) çalışması, Yaşam Döngüsü Analizi (LCA) ve tüm prosesin tasarımı gibi konularda rol oynaması bekleniyor. Çevreye verdiği zararların etkisi uzun süreli olan ve ani olarak oluşan tehlikeler açısından da öne çıkan kimya endüstrisinde kimya mühendislerinin üretken YZ’ yi toplumsal sorumluluklarını dikkate alarak kullanmaları önem kazanıyor.
Genel mühendislik etiği açısından olduğu gibi, kimya mühendisliğinde de yaşama, çevreye, yasalara ve kamu mallarına saygı gösterilmesine yönelik mesleki ilkeler bulunuyor. Kökenini güvenlik kültüründen alan bu ilkelere özellikle kimya mühendisliği pratiğinde dikkat edilmemesi çok ciddi felaketlere neden olabilir. Örneğin, kimyasallar çok ciddi tehlikeler yaratma potansiyeline sahip olduğu için, LLM gibi modellere kimyasallar ve kimyasal prosesler ile ilgili bilgilerin konması, özellikle kimyasal silah yapma amacıyla kullanılması halinde büyük riskler yaratabilecektir. Güvenlik kültürü mühendislik pratiği içerisinde meydana gelen küçük ve büyük ölçekli felaketler sonucunda gelişmiştir.
Uygulamacıların bilim ve mühendislikle ilgili sorularına cevap veren ChatGPT üzerinde yapılan bir çalışmada modelin kendi içinde koruyucu nitelikte bir önlemi olduğu anlaşılmıştır; örneğin yasal olmayan ilaçların nasıl sentezlendiğine ilişkin bir soruyu cevaplamayı reddetmiştir. Bu olumlu bir husus gibi görünmekle birlikte, kimya mühendisliği faaliyetleri açısından gerekli olan, doğrudan modelin kendi yapısında (inherent) bulunması gereken güvenlik unsurunu tam anlamıyla karşılamamaktadır. Modelin yapısında sistemik yaklaşımlarla açıklar bulunarak modelin gelecekte daha güvenli hale gelmesini sağlamak mümkün olabilir.
Kimya mühendisleri tasarımdan uygulamaya kadar kimyasal prosesin güvenliğinden hem çalışanlar hem de çevre açısından sorumlu oldukları için kimya sanayi için tasarlanacak LLM’ler son derece katı standartlara göre oluşturulmalıdır. YZ’ nin kimya sanayinde daha yaygın kullanılmasıyla başka gereklilikler de ortaya çıkacaktır. HAZOP ve LCA tesis işletmecilerinin, çevrenin ve gelecek kuşakların sağlık ve güvenliğini korumak amacıyla tasarlanmıştır. Bununla birlikte, YZ’ nin kimya mühendisliği faaliyetlerinde kullanılması arttıkça bu ilkelerin yeniden geliştirilmesi gerekecektir.
Üretken YZ’ nin kimya mühendisliği disiplini için kullanımına entegre edilmesi amacıyla, modellerin test edilmesi için gereken veri setleri oluşturulurken gerek uygulama gerekse yönetimi açısından sorumlu ve güvenli veri toplanması önemlidir. Bu tür konular sadece kimya mühendisliğine özgü olmamakla birlikte, kimya mühendisleri üretken YZ’ nin kullanımından sağlanacak yararları arttırmak amacıyla bu sorunları çözmek için yetenek ve birikimlerini kullanmalıdır. YZ modelleri karmaşık olup genellikle “kara kutu” olarak görülmektedir. Bu nedenle, model geliştirilmesi ve sonuçları şeffaf ve açıklanabilir olmalıdır.
Üretken YZ’ nin kimya mühendisliği alanında gelişme vadeden kullanım alanlarından biri, kimyasal proses bilgisi ve mühendislik önerilerine dayanarak akış şemaları, proses ve ölçü kontrol diyagramlarının (P&ID) otomatik olarak geliştirilmesidir. Bu durum mühendislerin çizim ve yeniden çizim için harcadıkları süreyi önemli ölçüde azaltacak, tasarımın iyileştirilmesi ve güvenlik analizlerinin yapılmasını hızlandıracaktır. Ancak henüz çözülmemiş sorunlar vardır: Akış şemaları için genellikle kamuya açık olmayan veya makine açısından okunabilir olmayan veri setleri söz konusudur. Üretken YZ’ nin yararlı modeller geliştirebilmek için çok fazla sayıda veri setine ihtiyacı vardır; ayrıca otomatik akış şemaları fiziki bilgiye yeterince entegre edilemediği için genellikle anlamsız akış şeması önerileri çıkabilmektedir.
Kimya mühendisliğine ilişkin diyagramların tam bir inceleme ve değerlendirme ile yapılmaması halinde felaket düzeyinde sonuçlar ortaya çıkabilecektir. Bu durum, otomasyon üst düzeyde kullanılsa da bilgi ve insan müdahalesine ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Bu husus dikkate alınmadığı takdirde, diğer bir deyişle YZ’ nin sorumlu olmayan şekilde kullanılması durumunda daha baştan güvenlik tehlikesi söz konusu olacaktır. Ek olarak, tüm akış şemalarının makine tarafından okunabilir olması için yeni standartların geliştirilmesi gerekecektir.
Gelişmiş YZ yöntemlerinin öne çıkan bir diğer kullanım alanı da elektrot tasarımı gibi yeni malzeme ve yapıların geliştirilmesidir. Üretken YZ, yakıt hücreleri ve bataryalar gibi elektrokimyasal teknolojilerin geliştirilmesini hızlandıracaktır. Bu teknolojiler karbondan arındırma uygulamalarında rol oynadığı için önemli ve giderek gelişme gösteren bir alan olacaktır.
Deneyimli bir mühendisin uzmanlık bilgisiyle makine öğrenmesi modellerinin biraraya gelmesi, mühendisin uzmanlığının ve karar verme yeteneğinin isabetli olmasının ve hızının artmasını sağlayabilir. Üretken YZ ile kimya mühendisleri zaman alan görevlerin otomasyonu sayesinde daha karmaşık meselelere odaklanabilir. YZ kullanımı sayesinde işlerin gerek kalitesinin artması gerekse daha kısa zamanda daha fazla iş yapılması sağlanacak gibi görünmekle birlikte, sonuçların açıklanabilir ve anlaşılır olmaması halinde oluşturulan modellere duyulan güvenin azalacağı ve artan hızla sağlanan faydanın da öneminin kalmayacağı dikkate alınmalıdır.
Açıklanabilir YZ, herhangi bir YZ modeli tarafından sonuçların nasıl üretildiğinin insanlar tarafından daha iyi anlaşılmasını sağlamak üzere, girdiler ve sonuçlar arasındaki ilişkinin açık ve anlaşılır olmasını tanımlayan bir kavramıdır. Açıklanabilir YZ güvenilir YZ oluşturmanın önemli bir parçası olmakla birlikte hesap verebilirlik gibi başka hususlar da gereklidir. Kimya mühendisleri açısından, üretken YZ araçları ve elde edilen sonuçların şeffaflığı ve hesap verebilirlik yönünden güvenilirliği konusunda gelişme sağlanmasına ihtiyaç vardır.
Kimya mühendisleri için sorumlu üretken YZ, teknoloji, insanlar ve düzenlemelerin bir araya geldiği çok yönlü bir yaklaşımı gerektirmektedir. Üretken YZ’ nin kullanımını daha iyiye götürmek için, gerekli olan teknolojik değişikliklerin yapılmasına, modellerin geliştirilmesine, veri setlerindeki önyargıların azaltılmasına, sonuçların kaynağına daha fazla açıklık getirilmesine ve halen kimya mühendislerinin iş süreçlerinde yaptıkları gibi sonuçların pozitif etkileri olmasına odaklanmak gereklidir.
İnsan odaklı yaklaşım
Sorumlu üretken YZ kullanımına insan odaklı yaklaşım, sistemin insan ile makine arasında sinerji yaratabilecek şekilde tasarlanması olarak tanımlanmaktadır. Üretken YZ alanında, kavramsal düzeyden başlayarak sistemden etkilenecek olanların gereksinimleri dikkate alınmalı, sistem tasarımı ve bağlı sistemler tüm yönleriyle kişiye hizmet edecek şekilde olmalıdır. İnsan odaklı YZ için, YZ kullanan insanların ihtiyaçlarına, bu amaçla hangi değişikliklerin yapılmasına gerek olduğuna ve insanların üretken YZ’ yi güvenli ve sorumlu şekilde kullandığına odaklanmak gerekecektir.
Firmalar güvenlik, hesap verebilirlik ve şeffaflık gibi kriterlerin yanı sıra YZ ile ilgili ilkeleri de benimsemeli, güvenlik kültürüne benzer şekilde, YZ ile ilgili sorumluluğun gerektirdiği ilkeler konusunda da bir kültür oluşturmalıdır. YZ’ nin sorumsuzca kullanımının insanlar ve topluluklar üzerinde yaratacağı ciddi ve istenmeyen etkiler dikkate alınmalıdır. YZ yardımıyla oluşturulan güvenlik özellikleri ve proses revizyonları uzman incelemesinden geçirilmeden kabul edilmemeli, sıkı bir denetlemeye tabi tutulmalıdır.
Yapay zekâ, öğrenmeyi ve sorun çözme yeteneğini destekleyen bir potansiyele sahiptir. Programlama ve yazılım konusunda daha fazla beceri kazanmak kimya mühendisliği alanında giderek artan bir ihtiyaçtır. Doğru kullanıldığında, LLM eleştirel düşünmeyi ve sorunların çözümünü destekleyecek, bu şekilde programlama becerisi ile geleneksel ders sorularının entegrasyonunu sağlayacaktır. Buna karşılık, LLM’ nin aldatma ve sıkı çalışmadan kaçma konusunda riskler taşıdığı da açıktır. YZ’ nin sorumlu olmayan kullanımı
iki yönlü sorun yaratabilecektir: Örneğin, LLM kullanıcısı sınavda sahtekârlık yapma yolunu tercih edebilir; sınavı yapan taraf da yöntemlerini LLM kaynaklı sahtekârlığı engelleyecek şekilde değiştirmeyebilir.
YZ teknolojik yeniliğin en önünde yer alan alanlardan biridir; ancak aynı zamanda, halen sorumlu uygulamalar konusunda belirsizlik taşıyan gri bir alan da bulunmaktadır. Bu alanın kimya mühendisleri tarafından belirlenmesi gerekecektir. Kimya mühendisliğinin faaliyet alanında YZ’ nin sorumlu bir şekilde kullanılması için gerekli olan güvenlik kültürü, aynı zamanda eğitim ve becerilerin gelişmesini de gerektirmekte, bu nedenle insan faktörü diğerleri kadar önemli hale gelmektedir. YZ’nin kimya mühendisliği alanında güvenli ve sorumlu şekilde kullanılması, kestirme yollara sapılmaması, daha az yanlış yapılması, kaçınılabilir hatalara neden olunmaması için doğruluk, dürüstlük, isabetlilik ve dikkat gerektirmektedir.
Düzenleyici çerçeve
Sorumlu YZ’ nin standart uygulama haline gelmesi için düzenlemeler yapmak bu sürecin bir parçası olmalıdır. Kimya mühendisleri, üretken YZ’ nin sorumlu bir şekilde gelişmesi amacıyla standartların oluşturulmasına yönelik çerçeveyi ve kapsamı şekillendirecek bir rol oynamalıdır. Üretken YZ’ nin sorumlu şekilde geliştirilmesi ve kullanılması için güçlü bir düzenleyici yapıya, politikaya ve uygulamaya ihtiyaç vardır. Bu doğrultuda yetkilendirme ve standartlaşma da dikkate alınmalıdır. Geçmişte kimya mühendisliğinin faaliyet alanları ile ilgili büyük felaketlerin yaşanması bunların tekrarlanmasını önlemek ve genel güvenliği arttırmakiçin düzenlemelerin yapılmasını getirmiştir. Şayet YZ ile ilgili düzenlemeler de bu tür felaketlerin yaşanması sonrasına bırakılırsa yeni teknolojiye olan güven azalacaktır; bu nedenle gerekli önlemler önceden alınmalıdır.
Kimya mühendisliği alanındaki çeşitli meslek örgütleri, mesleğin yürütülmesinde hesap verebilirlik, dürüstlük ve şeffaflık gibi etik kodlara bağlı kalınmasını önermektedir. Bunlar aynı zamanda sorumlu YZ için de gerekli olan ilkelerdir. Önyargının azaltılması gibi ilkelerin de bunlara eklenmesi gereklidir. Kimya mühendislerinin halen var olan etik ilkeleri iyi uygulamalar için bir temel teşkil etmekle birlikte YZ çağında bunların yeniden geliştirilmesi gerekecektir. Örneğin, üretken YZ modelinin herhangi bir kaynağa dayandırılamayan veri kullanılarak eğitilmesi gibi konularda iyileşme sağlanmalıdır; YZ kullanımının artmasıyla mesleki etik açısından intihal ve gizli saklı anlaşmalar gibi konuların belirlenmesine ve bunlara ilişkin düzenlemelere ihtiyaç olacaktır.
Sonuç olarak, gelişmekte olan bir alan olarak üretken YZ’ nin kimya mühendisliği alanındaki uygulama ve kullanımı esas olarak şeffaflık, güvenlik ve güvenilirlik gibi temel ilkelere dayanmalı; YZ modellerinin güvenlik kültürü kapsamındaki üst düzey standartlara göre geliştirildiğinden ve sonuçların açıkça anlaşılabilir olduğundan emin olunmalıdır. Üretken YZ kimya mühendisliği pratiğinde bazı kolaylıklar sağlasa da söz konusu disipline ait uzmanlığın önemi ve sorumluluğu azalmamakta hatta artmaktadır. YZ’ nin kimya mühendisliğinin faaliyet alanlarında güvenle ve sorumlu bir şekilde kullanılabilmesi için teknolojinin yetkinliği, uygulamalar, denetim, hesap verebilirlik, düzenlemeler gibi konularda henüz alınması gereken yollar olduğu anlaşılmaktadır.
Kaynak: Thorin Daniel, Jin Xuan, Eylül 2024, Digital Chemical Engineering, Elsevier,
Responsible use of Generative AI in chemical engineering – ScienceDirect
Kaynak: TUDelft, CHEME Lab